(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被駆動部材を駆動するブラシレスモータであって、
Ａ相コイル群とＢ相コイル群と位置センサとを有するステータと、
前記ステータに固定された軸部と、
前記軸部の周囲を回転するとともに、前記被駆動部材に連結されたロータと、
前記ステータに設けられ、前記ブラシレスモータを駆動する駆動信号を生成する駆動回路ユニットと、
前記軸部の内部の少なくとも一部に設けられ、前記駆動回路ユニットに接続された配線と、
を備え、
前記ロータは、第１のロータと、前記第１のロータに接続され、前記第１のロータに対する相対位置が固定された第２のロータとを有し、
前記第１のロータと前記第２のロータは、前記ステータを挟んでおり、
前記第１のロータは、第１の永久磁石群を有するとともに前記ステータの一方の側に配置され、
前記第２のロータは、第２の永久磁石群を有するとともに前記ステータの他方の側に配置され、
前記ステータは、第１の面と、前記第１の面とは反対側の面である第２の面とを有し、
前記Ａ相コイル群は、前記ステータの前記第１の面に配置されているが、前記第２の面には配置されておらず、
前記Ｂ相コイル群は、前記ステータの前記第２の面に配置されているが、前記第１の面には配置されておらず、
前記Ａ相コイル群と前記Ｂ相コイル群は、電気角でπ／２だけずれて配置されており、
前記Ａ相及びＢ相コイル群は、磁性体のコアを有しておらず、
前記第１の永久磁石群に含まれる永久磁石の数は、前記Ａ相コイル群に含まれる電磁コイルの数と等しく、
前記第２の永久磁石群に含まれる永久磁石の数は、前記Ｂ相コイル群に含まれる電磁コイルの数と等しく、
前記第１の永久磁石群に含まれる永久磁石の数は、前記第２の永久磁石群に含まれる永久磁石の数と等しく、
前記第１の永久磁石群に含まれる永久磁石は、それぞれ一定の磁極ピッチで配置されており、隣接する永久磁石同士は逆方向に磁化されており、
前記第２の永久磁石群に含まれる永久磁石は、それぞれ一定の磁極ピッチで配置されており、隣接する永久磁石同士は逆方向に磁化されており、
前記第１及び第２の永久磁石群に含まれる永久磁石は、前記ステータに向かう磁極が互いに異なる極性となるように配置されており、
前記第１及び第２の永久磁石群に含まれる永久磁石のピッチは、前記Ａ相及びＢ相コイル群に属するコイルのピッチと等しく、
前記第１及び第２の永久磁石群の磁束の方向は、前記ステータに対して垂直であり、
前記Ａ相及びＢ相コイル群には、前記駆動信号として交流の駆動信号が供給される、
ブラシレスモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のブラシレスモータであって、
前記ロータは、前記ステータを内部に包み込む形状を有し、
前記第１及び第２の永久磁石群は、前記ロータの内側部分に設けられている、ブラシレスモータ。
【請求項３】
請求項１または２に記載のブラシレスモータであって、
前記位置センサは、前記ステータと前記ロータの相対位置に応じてアナログ的変化を示す出力信号を出力する磁気センサを含む、ブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項３に記載のブラシレスモータであって、
前記駆動回路ユニットは、
前記磁気センサの出力信号のアナログ的変化を利用したＰＷＭ制御を実行することによって、前記磁気センサの出力信号のアナログ的変化を模擬した駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路を含む、ブラシレスモータ。
【請求項５】
請求項４に記載のブラシレスモータであって、
前記駆動回路ユニットは、
前記Ａ相及びＢ相コイル群から電力を回生する回生回路を含む、ブラシレスモータ。
【請求項６】
請求項５に記載のブラシレスモータであって、
前記軸部の内部に、前記回生回路からの回生電力を回収するための配線が設けられている、ブラシレスモータ。
【請求項７】
請求項４ないし６のいずれか一項に記載のブラシレスモータであって、
前記Ａ相及びＢ相コイル群と、前記位置センサと、前記駆動回路ユニットと、のうちの少なくとも一部を樹脂により覆った、ブラシレスモータ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか一項に記載のブラシレスモータと、
前記ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
を備える装置。
【請求項９】
請求項８に記載の装置であって、
前記装置は移動体である、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、
前記移動体は鉄道車両である、装置。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のブラシレスモータを備えるロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石と電磁コイルとを利用したブラシレスモータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石と電磁コイルとを利用したブラシレスモータとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたブラシレスモータが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９８９８２号公報
【０００４】
従来の電動モータでは、固定子の中で回転子が回転し、回転子と回転軸とを固定することによって、回転子の回転運動を回転軸に伝えていた。そして、歯車等の伝達手段を用いたり、あるいは回転軸に直接車輪等を接続することによって、回転軸の回転運動を車輪等の被駆動部材に伝えていた。しかし、この構成では、回転軸のねじれの発生等により、回転子の回転運動が車輪等の被駆動部材に伝達されるまでに遅延が発生するといった問題や、大きな回転力を伝達するためには回転軸に大きなねじれ強度が必要になるという問題があった。なおこのような問題は、モータに限らず、発電機にも共通する問題であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、モータの中心軸を回転させることなく、被駆動部材を回転させることのできる技術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】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態を取ることが可能である。
［形態］
被駆動部材を駆動するブラシレスモータであって、
Ａ相コイル群とＢ相コイル群と電磁コイルと位置センサとを有するステータと、
前記ステータに固定された軸部と、
永久磁石を有し、前記軸部の周囲を回転するとともに、前記被駆動部材に連結されたロータと、
前記ステータに設けられ、前記ブラシレスモータを駆動する駆動信号を生成する駆動回路ユニットと、
前記軸部の内部の少なくとも一部に設けられ、前記駆動回路ユニットに接続された配線と、
を備え、
前記ロータは、第１のロータと、前記第１のロータに接続され、前記第１のロータに対する相対位置が固定された第２のロータとを有し、
前記第１のロータと前記第２のロータは、前記ステータを挟んでおり、
前記第１のロータは、第１の永久磁石群を有するとともに前記ステータの一方の側に配置され、
前記第２のロータは、第２の永久磁石群を有するとともに前記ステータの他方の側に配置され、
前記ステータは、第１の面と、前記第１の面とは反対側の面である第２の面とを有し、
前記Ａ相コイル群は、前記ステータの前記第１の面に配置されているが、前記第２の面には配置されておらず、
前記Ｂ相コイル群は、前記ステータの前記第２の面に配置されているが、前記第１の面には配置されておらず、
前記Ａ相コイル群と前記Ｂ相コイル群は、電気角でπ／２だけずれて配置されており、
前記Ａ相及びＢ相コイル群は、磁性体のコアを有しておらず、
前記第１の永久磁石群に含まれる永久磁石の数は、前記Ａ相コイル群に含まれる電磁コイルの数と等しく、
前記第２の永久磁石群に含まれる永久磁石の数は、前記Ｂ相コイル群に含まれる電磁コイルの数と等しく、
前記第１の永久磁石群に含まれる永久磁石の数は、前記第２の永久磁石群に含まれる永久磁石の数と等しく、
前記第１の永久磁石群に含まれる永久磁石は、それぞれ一定の磁極ピッチで配置されており、隣接する永久磁石同士は逆方向に磁化されており、
前記第２の永久磁石群に含まれる永久磁石は、それぞれ一定の磁極ピッチで配置されており、隣接する永久磁石同士は逆方向に磁化されており、
前記第１及び第２の永久磁石群に含まれる永久磁石は、前記ステータに向かう磁極が互いに異なる極性となるように配置されており、
前記第１及び第２の永久磁石群に含まれる永久磁石のピッチは、前記Ａ相及びＢ相コイル群に属するコイルのピッチと等しく、
前記第１及び第２の永久磁石群の磁束の方向は、前記ステータに対して垂直であり、
前記Ａ相及びＢ相コイル群には、前記駆動信号として交流の駆動信号が供給されるる、
ブラシレスモータ。
【０００７】
[形態１]
ブラシレスモータであって、
電磁コイルと位置センサとを有するステータと、
前記ステータに固定された軸部と、
永久磁石を有し、前記軸部の周囲を回転するロータと、
を備え、
前記ロータは、前記ブラシレスモータで駆動される被駆動部材に連結されている、ブラシレスモータ。
【０００８】
形態１のブラシレスモータによれば、軸部はステータに固定され、ロータが軸部を中心として回転し、被駆動部材がロータに連結されているので、モータの中心軸を回転させることなく、被駆動部材を回転させることができる。
【０００９】
[形態２]
形態１記載のブラシレスモータであって、
前記軸部の内部に、前記ブラシレスモータを駆動するための配線が設けられている、ブラシレスモータ。
【００１０】
形態２のブラシレスモータによれば、軸部の内部に配線が設けられているので、配線部分の省スペース化を図ることができる。
【００１１】
[形態３]
形態１または２記載のブラシレスモータであって、
前記ロータは、前記ステータを内部に包み込む形状を有し、
前記永久磁石は、前記ロータの内側部分に設けられている、ブラシレスモータ。
【００１２】
形態３のブラシレスモータによれば、外部からの汚れ等に強い密閉構造を実現することができる。
【００１３】
[形態４]
形態１ないし３のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
前記位置センサは、前記ステータと前記ロータの相対位置に応じてアナログ的変化を示す出力信号を出力する磁気センサを含む、ブラシレスモータ。
【００１４】
形態４のブラシレスモータによれば、磁気センサのアナログ的変化を利用して効率良くブラシレスモータを駆動することができる。
【００１５】
[形態５]
形態４記載のブラシレスモータであって、
前記ステータは、さらに、
前記磁気センサの出力信号のアナログ的変化を利用したＰＷＭ制御を実行することによって、前記磁気センサの出力信号のアナログ的変化を模擬した駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路を含む制御回路を備える、ブラシレスモータ。
【００１６】
形態５のブラシレスモータによれば、コイルの逆起電力波形に近い形状の駆動信号でブラシレスモータを駆動できるので、効率を向上することが可能である。
【００１７】
［形態６］
形態５記載のブラシレスモータであって、
前記制御回路は、さらに、
前記電磁コイルから電力を回生する回生回路を備える、ブラシレスモータ。
【００１８】
形態６のブラシレスモータによれば、回生回路を用いて発電を行うことが可能である。
【００１９】
[形態７]
形態６記載のブラシレスモータであって、
前記軸部の内部に、前記回生回路からの回生電力を回収するための配線が設けられている、ブラシレスモータ。
【００２０】
形態７のブラシレスモータによれば、軸部の内部に配線が設けられているので、配線部分の省スペース化を図ることができる。
【００２１】
[形態８]
形態５ないし７記載のブラシレスモータであって、
前記電磁コイルと、前記位置センサと、前記制御回路と、のうちの少なくとも一部を樹脂により覆った、ブラシレスモータ。
【００２２】
形態８のブラシレスモータによれば、電磁コイル等の腐食を抑制することができる。
【００２３】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、ブラシレスモータ、ブラシレス発電機、それらの制御方法（又は駆動方法）、それらを用いたアクチュエータ、発電装置又は移動体等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例のモータ構成と動作の概要：
Ｂ．駆動回路ユニットの構成：
Ｃ．第１実施例のモータ構成の変形例：
Ｄ．第２実施例のモータ構成：
Ｅ．第３実施例のモータ構成：
Ｆ．変形例：
【００２５】
Ａ．第１実施例のモータ構成と動作の概要：
図１（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第１実施例としてのブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体は、軸部６４と、ステータ部１０と、ロータ部３０とを備えている。ステータ部１０およびロータ部３０は、略円盤状の形状を有している。軸部６４は、軸固定部６４ａによって車両等の移動体のサスペンション１に取り付けられており、軸部６４自身が回転しないように固定されている。ロータ部３０は、上部ロータ部３０Ｕと、下部ロータ部３０Ｌと、を備えている。図１（Ｂ）は、上部ロータ部３０Ｕの水平断面図である。上部ロータ部３０Ｕは、上部回転ケーシング部３１Ｕと、軸受け部６５Ｕと、それぞれ略扇状の４つの永久磁石３２Ｕとを有しており、軸受け部６５Ｕを介して軸部６４を中心として回転運動が可能である。軸受け部６５Ｕとしては、例えば、ボールベアリングを用いて実現することができる。下部ロータ部３０Ｌも、上部ロータ部３０Ｕと同様の構成を有しているので図示を省略する。各永久磁石３２Ｕ，３２Ｌの磁化方向は、軸部６４と平行な方向である。軸部６４の端部には、軸端部固定部材６４ｅが取り付けられており（図１（Ａ））、軸受け部６５Ｕが回転によって外れてしまわない構成となっている。上部回転ケーシング部３１Ｕには、ホイール部７０が固定ねじ部５０によって固定されている。ホイール部７０の中心部には密閉キャップ７０ｃが取り付けられており、モータ内部に異物等が侵入するのを抑制している。ホイール部７０の外周部には、移動体の車輪として機能する車輪部７１が取り付けられている。
【００２６】
図１（Ｃ）は、ステータ部１０の水平断面図である。ステータ部１０は、図１（Ａ）に示すように、複数のＡ相コイル１２Ａと、複数のＢ相コイル１２Ｂと、これらのコイル１２Ａ，１２Ｂを支持する支持部材１４とを有している。図１（Ｃ）は、このＡ相コイル１２Ａの側を示している。この例では、Ａ相コイル１２Ａは４つ設けられており、それぞれ略扇状の形状に巻かれている。Ｂ相コイル１２Ｂも同じである。ステータ部１０には、さらに、駆動回路ユニット５００が設置されている。図１（Ａ）に示すように、軸部６４の中心部は、中抜きの構造とし、各コイル１２に電力を供給するための駆動用電力線２７８や、駆動回路ユニット５００に信号を送るための制御線２７９等を通すことが好ましい。また、各コイル１２からの回生電力（以下に後述する）を回収する場合は、受給用電力線２８０（以下では、「回生用の電源配線２８０」とも呼ぶ。）をその中抜き部分に通すことが好ましい。こうすれば、配線の省スペース化を図ることができるからである。
【００２７】
以上のような構成のモータとすると、ロータ部３０が軸部６４を中心として回転して車輪を回転させ、軸部６４は固定されて回転しない（図１（Ａ））。したがって、軸部６４にはねじれの力が掛からなくなる。このため、軸部６４のねじれ強度を大きくする必要がなくなり、モータを軽量化することができる。そして、軸部６４にねじれが発生しないことや、歯車等の伝達手段を用いる必要が無いため、伝達損失がなく、安定した制御と高速な応答速度を実現することができる。これは、正転と逆転の高速な応答速度が求められる姿勢制御等において特に有効である。
【００２８】
モータのメンテナンス時には、軸固定部６４ａにより、モータを軸部６４ごとサスペンション１等の移動体から切り離すことができるため、上下のロータ部３０Ｕ，３０Ｌを容易に分解することができる。したがって、車輪部７１、ホイール部７０、軸部６４、ステータ部１０、ロータ部３０等の全体のメンテナンス性が優れている。また、ステータ部１０やロータ部３０を、他の特性を持つステータ部やロータ部と交換することが容易であるため、移動体の動力特性の変更や向上等を容易に実現することが可能となる。さらに、ホイール部７０および車輪部７１は、固定ねじ部５０によってロータ部３０から容易に着脱可能であるため、モータ本体とは分離してホイール部７０および車輪部７１をメンテナンスすることが可能である。なお、ロータ部３０内に生じる熱は、上部回転ケーシング部３１Ｕを放熱構造として利用してモータの外部へ熱伝導させることができるため、本実施例のモータは放熱効果が高いという利点がある。
【００２９】
さらに、図１（Ａ）に示すように、上下の回転ケーシング部３１Ｕ，３１Ｌによって、ステータ部１０を完全に覆ってしまえば、外部からの汚れ等に強い密閉構造を容易に実現することができる。したがって、この密閉構造を活かせば、水陸両用の車両の車輪として用いることもできる。また、このモータを粉塵等の影響を受けるファンモータに用いれば、粉塵等がモータの内部に入り込まないため、メンテナンスフリーを実現することが可能となる。なお、ホイール部７０および車輪部７１は、本発明における「被駆動部材」に相当する。
【００３０】
図１（Ｄ）は、ステータ部１０と上下のロータ部３０Ｕ，３０Ｌの関係を示す概念図である。ただし、ロータ部３０のうち、回転ケーシング部３１と軸受け部６５は省略している。ステータ部１０の支持部材１４上には、Ａ相用の磁気センサ４０ＡとＢ相用の磁気センサ４０Ｂとが設けられている。磁気センサ４０Ａ，４０Ｂは、ロータ部３０Ｕ，３０Ｌの位置（すなわちモータの位相）を検出するためのものである。なお、これらのセンサを以下では「Ａ相センサ」及び「Ｂ相センサ」とも呼ぶ。Ａ相センサ４０Ａは、２つのＡ相コイル１２Ａの中間の中央位置に配置されている。Ｂ相センサ４０Ｂも、同様に、２つのＢ相コイル１２Ｂの中間の中央位置に配置されている。この例では、Ｂ相センサ４０Ｂが支持部材１４の上側の面においてＡ相コイル１２Ｂとともに配置されているが、この代わりに、支持部材１４の下側の面に配置されていても良い。Ａ相センサ４０Ａも同様である。なお、図１（Ｃ）からも理解できるように、この実施例ではＢ相センサ４０ＢをＡ相コイル１２Ａの内部に配置するので、センサ４０Ｂを配置する空間を確保しやすいという利点がある。
【００３１】
図１（Ｄ）に示すように、磁石３２Ｕ，３２Ｌは、それぞれ一定の磁極ピッチＰｍで配置されており、隣接する磁石同士は逆方向に磁化されている。Ａ相コイル１２Ａは、一定のピッチＰｃで配置されており、隣接するコイル同士が逆向きに励磁される。Ｂ相コイル１２Ｂも同様である。本実施例では、磁極ピッチＰｍはコイルピッチＰｃに等しく、電気角でπに相当する。なお、電気角の２πは、駆動信号の位相が２πだけ変化したときに移動する機械的な角度又は距離に対応づけられる。本実施例では、駆動信号の位相が２πだけ変化すると、ロータ部３０Ｕ，３０Ｌが磁極ピッチＰｍの２倍だけ移動する。また、Ａ相コイル１２Ａと、Ｂ相コイル１２Ｂは、位相がπ／２だけずれた位置に配置されている。
【００３２】
上部ロータ部３０Ｕの磁石３２Ｕと、下部ロータ部３０Ｌの磁石３２Ｌは、ステータ部１０に向かう磁極が互いに異なる極性（Ｓ極とＮ極）となるように配置されている。換言すれば、上部ロータ部３０Ｕの磁石３２Ｕと、下部ロータ部３０Ｌの磁石３２Ｌは、互いに反対の極が向き合うように配置されている。この結果、図１（Ｄ）の右端に示すように、これらの磁石３２Ｕ，３２Ｌの間の磁場は、ほぼ直線状の磁力線で表されるものとなり、これらの磁石３２Ｕ，３２Ｌの間で閉じたものとなる。このような閉じた磁場は、開放された磁場に比べて強いことが理解できる。この結果、磁場の利用効率が高まり、モータ効率を向上させることが可能である。なお、磁石３２Ｕ，３２Ｌの外側の面には、強磁性体製の磁気ヨーク３４Ｕ，３４Ｌがそれぞれ設けられていることが好ましい。磁気ヨーク３４Ｕ，３４Ｌは、コイルにおける磁場をより強めることが可能である。但し、磁気ヨーク３４Ｕ，３４Ｌは省略してもよい。
【００３３】
なお、コイル１２Ａ，１２Ｂと、磁気センサ４０Ａ，４０Ｂと、駆動回路ユニット５００のうち、いずれかまたは全てを、樹脂により覆うことが好ましい。こうすれば、それらの腐食を抑制することができるからである。また、コイル１２Ａ，１２Ｂ等を覆う樹脂を軸部６４に接触させれば、コイル１２Ａ，１２Ｂ等から発生する熱を樹脂によって軸部６４に伝え、軸部６４をヒートシンクとして利用することによりコイル１２Ａ，１２Ｂ等を冷却することが可能となる。
【００３４】
図２は、センサ出力とコイルの逆起電力波形との関係を示す説明図である。図２（Ａ）は、図１（Ｄ）と同じものである。図２（Ｂ）は、Ａ相コイル１２Ａに発生する逆起電力の波形の例を示しており、図２（Ｃ），（Ｄ）は、Ａ相センサ４０ＡとＢ相センサ４０Ｂのセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢの波形の例を示している。これらのセンサ４０Ａ，４０Ｂは、モータ運転時のコイルの逆起電力とほぼ相似形状のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢを発生することができる。図２（Ｂ）に示すコイル１２Ａの逆起電力は、モータの回転数とともに上昇する傾向にあるが、波形形状（正弦波）はほぼ相似形状に保たれる。センサ４０Ａ，４０Ｂとしては、例えばホール効果を利用したホールＩＣを採用することができる。この例では、センサ出力ＳＳＡと逆起電力Ｅｃは、いずれも正弦波か、正弦波に近い波形である。後述するように、このモータの駆動制御回路は、センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢを利用して、逆起電力Ｅｃとほぼ相似波形の電圧をそれぞれのコイル１２Ａ，１２Ｂに印加する。
【００３５】
ところで、電動モータは、機械的エネルギと電気的エネルギとを相互に変換するエネルギ変換装置として機能するものである。そして、コイルの逆起電力は、電動モータの機械的エネルギが電気的エネルギに変換されたものである。従って、コイルに印加する電気的エネルギを機械的エネルギに変換する場合（すなわちモータを駆動する場合）には、逆起電力と相似波形の電圧を印加することによって、最も効率良くモータを駆動することが可能である。なお、以下に説明するように、「逆起電力と相似波形の電圧」は、逆起電力と逆向きの電流を発生する電圧を意味している。
【００３６】
図３（Ａ）は、コイルの印加電圧と逆起電力との関係を示す模式図である。ここで、コイルは交流の逆起電力Ｅｃと抵抗Ｒｃとで模擬されている。また、この回路では、交流印加電圧Ｅｉ及びコイルと並列に電圧計Ｖが接続されている。なお、逆起電力Ｅｃを「誘起電圧Ｅｃ」とも呼び、また、印加電圧Ｅｉを「励磁電圧Ｅｉ」とも呼ぶ。コイルに交流電圧Ｅｉを印加してモータを駆動すると、印加電圧Ｅｉと逆の電流を流す方向に逆起電力Ｅｃが発生する。モータが回転している状態でスイッチＳＷを開放すると、電圧計Ｖで逆起電力Ｅｃを測定することができる。スイッチＳＷを開放した状態で測定される逆起電力Ｅｃの極性は、スイッチＳＷを閉じた状態で測定される印加電圧Ｅｉと同じ極性である。上述の説明において「逆起電力とほぼ相似波形の電圧を印加する」という文言は、このような電圧計Ｖで測定された逆起電力Ｅｃと同じ極性を有するほぼ相似形状の波形を有する電圧を印加することを意味している。
【００３７】
図３（Ｂ）は、本実施例で採用している駆動方法の概要を示している。ここでは、モータを、Ａ相コイル１２Ａと、永久磁石３２Ｕと、Ａ相センサ４０Ａとで模擬している。永久磁石３２Ｕを有するロータ部３０が回転すると、センサ４０Ａに交流電圧Ｅｓ（「センサ電圧Ｅｓ」とも呼ぶ）が発生する。このセンサ電圧Ｅｓは、コイル１２Ａの誘起電圧Ｅｃと相似な波形形状を有している。そこで、センサ電圧Ｅｓの模擬したＰＷＭ信号を生成してスイッチＳＷをオン／オフ制御することによって、誘起電圧Ｅｃとほぼ相似波形の励磁電圧Ｅｉをコイル１２Ａに印加することが可能となる。この時の励磁電流Ｉｉは、Ｉｉ＝（Ｅｉ−Ｅｃ）／Ｒｃで与えられる。
【００３８】
上述したように、モータを駆動する場合には、逆起電力と相似波形の電圧を印加することによって、最も効率良くモータを駆動することが可能である。なお、正弦波状の逆起電力波形の中位点近傍（電圧０の近傍）ではエネルギ変換効率が比較的低く、反対に、逆起電力波形のピーク近傍ではエネルギ変換効率が比較的高いことが理解できる。逆起電力と相似波形の電圧を印加してモータを駆動すると、エネルギ変換効率の高い期間において比較的高い電圧を印加することになるので、モータ効率が向上する。一方、例えば単純な矩形波でモータを駆動すると、逆起電力がほぼ０となる位置（中位点）の近傍においてもかなりの電圧が印加されるので、モータ効率が低下する。また、このようにエネルギ変換効率の低い期間において電圧を印加すると、渦電流により回転方向以外の方向の振動が生じ、これによって騒音が発生するという問題も生じる。
【００３９】
上述の説明から理解できるように、逆起電力と相似波形の電圧を印加してモータを駆動すると、モータ効率を向上させることができ、また、振動や騒音を低減することができるという利点がある。
【００４０】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施例のブラシレスモータの正転動作の様子を示す説明図である。図４（Ａ）は、位相が０の直前における状態を示している。Ａ相コイル１２ＡとＢ相コイル１２Ｂの位置に記載されている「Ｎ」，「Ｓ」の文字は、これらのコイル１２Ａ，１２Ｂの励磁方向を示している。コイル１２Ａ，１２Ｂが励磁されると、コイル１２Ａ，１２Ｂと磁石３２Ｕ，３２Ｌとの間に吸引力と反発力が生じる。この結果、ロータ部３０Ｕ，３０Ｌは、正転方向（図の右方向）に回転する。なお、位相が０となるタイミングで、Ａ相コイル１２Ａの励磁方向が反転する（図２参照）。図４（Ｂ）は、位相がπ／２の直前まで進んだ状態を示している。位相がπ／２となるタイミングでは、Ｂ相コイル１２Ｂの励磁方向が反転する。図４（Ｃ）は、位相がπの直前まで進んだ状態を示している。位相がπとなるタイミングでは、Ａ相コイル１２Ａの励磁方向が再び逆転する。図４（Ｄ）は、位相が３π／２の直前まで進んだ状態を示している。位相が３π／２となるタイミングでは、Ｂ相コイル１２Ｂの励磁方向が再び逆転する。
【００４１】
なお、図２（Ｃ）、（Ｄ）からも理解できるように、位相がπ／２の整数倍となるタイミングでは、センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢがゼロとなるので、２相のコイル１２Ａ，１２Ｂのうちの一方のみから駆動力を発生する。しかし、位相がπ／２の整数倍となるタイミングを除く他のすべての期間において、２相のコイル１２Ａ，１２Ｂの両方が同時に駆動力を発生することが可能である。従って、２相のコイル１２Ａ，１２Ｂの両方を用いて大きなトルクを発生することができる。
【００４２】
ところで、図４（Ａ）から理解できるように、Ａ相センサ４０Ａは、Ａ相コイル１２Ａの中心が永久磁石３２Ｕの中心と対向する位置においてそのセンサ出力の極性が切り替わる位置に配置されている。同様に、Ｂ相センサ４０Ｂは、Ｂ相コイル１２Ｂの中心が永久磁石３２Ｌの中心と対向する位置においてそのセンサ出力の極性が切り替わる位置に配置されている。このような位置にセンサ４０Ａ，４０Ｂを配置すれば、センサ４０Ａ，４０Ｂから、コイルの逆起電力とほぼ相似形状のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ（図２）を発生することが可能である。
【００４３】
図５（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施例のブラシレスモータの逆転動作の様子を示す説明図である。図５（Ａ）〜（Ｄ）は、位相が０，π／２，π，３π／２の直前となる状態をそれぞれ示している。この逆転動作は、例えば、コイル１２Ａ，１２Ｂの駆動電圧の極性（すなわち正負）を、正転動作の駆動電圧からそれぞれ反転させることによって実現することができる。
【００４４】
Ｂ．駆動回路ユニットの構成：
図６は、実施例における駆動回路ユニットの内部構成を示すブロック図である。この駆動回路ユニット５００は、ＣＰＵ１１０と、駆動制御部１００と、回生制御部２００と、ドライバ回路１５０と、整流回路２５０と、電源ユニット３００とを備えている。２つの制御部１００，２００は、バス１０２を介してＣＰＵ１１０と接続されている。駆動制御部１００とドライバ回路１５０は、電動モータに駆動力を発生させる場合の制御を行う回路である。また、回生制御部２００と整流回路２５０は、電動モータから電力を回生する場合の制御を行う回路である。回生制御部２００と整流回路２５０とをまとめて「回生回路」とも呼ぶ。また、駆動制御部１００を「駆動信号生成回路」とも呼ぶ。電源ユニット３００は、駆動回路ユニット５００内の他の回路に各種の電源電圧を供給するための回路である。図６では、図示の便宜上、電源ユニット３００から駆動制御部１００及びドライバ回路１５０に向かう電源配線のみが描かれており、他の回路に向かう電源配線は省略されている。
【００４５】
図７は、ドライバ回路１５０（図６）に含まれるＡ相ドライバ回路１２０ＡとＢ相ドライバ回路１２０Ｂの構成を示している。Ａ相ドライバ回路１２０Ａは、Ａ相コイル１２Ａに、交流駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を供給するためのＨ型ブリッジ回路である。なお、駆動信号を示すブロックの端子部分に付されている白丸は、負論理であり信号が反転していることを示している。また、符号ＩＡ１，ＩＡ２が付された矢印は、Ａ１駆動信号ＤＲＶＡ１とＡ２駆動信号ＤＲＶＡ２によって流れる電流方向をそれぞれ示している。Ｂ相ドライバ回路１２０Ｂの構成もＡ相ドライバ回路１２０Ａの構成と同じである。なお、信号を反転させる負論理をなくし、Ｈ側のＰチャネルＭＯＳ−ＦＥＴを、Ｌ側と同様のＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴに変更すれば、周波数特性に優れた駆動を実現することもできる。
【００４６】
図８は、駆動制御部１００（図６）の内部構成と動作を示す説明図である。駆動制御部１００は、基本クロック生成回路５１０と、１／Ｎ分周器５２０と、ＰＷＭ部５３０と、正逆方向指示値レジスタ５４０と、乗算器５５０と、符号化部５６０と、ＡＤ変換部５７０と、電圧指令値レジスタ５８０と、励磁区間設定部５９０とを備えている。なお、駆動制御部１００は、Ａ相用の駆動信号とＢ相用の駆動信号の両方を生成する回路であり、基本クロック生成回路５１０と、分周器５２０と、正逆方向指示値レジスタ５４０は、Ａ相とＢ相とで共通で用いられている。Ａ相用とＢ相用とでそれぞれに存在するその他の構成要素は、図８（Ａ）では図示の便宜上、Ａ相用の回路構成のみとして描かれているが、Ｂ相用についても、Ａ相用と同じ構成要素が駆動制御部１００内に設けられている。
【００４７】
基本クロック生成回路５１０は、所定の周波数を有するクロック信号ＰＣＬを発生する回路であり、例えばＰＬＬ回路で構成される。分周器５２０は、このクロック信号ＰＣＬの１／Ｎの周波数を有するクロック信号ＳＤＣを発生する。Ｎの値は所定の一定値に設定される。このＮの値は、予めＣＰＵ１１０によって分周器５２０に設定される。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、乗算器５５０から供給される乗算値Ｍａと、正逆方向指示値レジスタ５４０から供給される正逆方向指示値ＲＩと、符号化部５６０から供給される正負符号信号Ｐａと、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａとに応じて、交流駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２（図７）を生成する。この動作については後述する。
【００４８】
正逆方向指示値レジスタ５４０内には、モータの回転方向を示す値ＲＩがＣＰＵ１１０によって設定される。本実施例では、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルのときにモータが正転し、Ｈレベルのときに逆転する。ＰＷＭ部５３０に供給される他の信号Ｍａ，Ｐａ，Ｅａは以下のように決定される。
【００４９】
磁気センサ４０Ａの出力ＳＳＡは、ＡＤ変換部５７０に供給される。このセンサ出力ＳＳＡのレンジは、例えばＧＮＤ（接地電位）からＶＤＤ（電源電圧）までであり、その中位点（＝ＶＤＤ／２）が出力波形の中位点（正弦波の原点を通る点）である。ＡＤ変換部５７０は、このセンサ出力ＳＳＡをＡＤ変換して、センサ出力のデジタル値を生成する。ＡＤ変換部５７０の出力のレンジは、例えばＦＦｈ〜０ｈ（語尾の"ｈ"は１６進数であることを示す）であり、中央値８０ｈがセンサ波形の中位点に相当する。
【００５０】
符号化部５６０は、ＡＤ変換後のセンサ出力値のレンジを変換するとともに、センサ出力値の中位点の値を０に設定する。この結果、符号化部５６０で生成されるセンサ出力値Ｘａは、正側の所定の範囲（例えば＋１２７〜０）と負側の所定の範囲（例えば０〜−１２７）の値を取る。但し、符号化部５６０から乗算器５５０に供給されるのは、センサ出力値Ｘａの絶対値であり、その正負符号は正負符号信号ＰａとしてＰＷＭ部５３０に供給される。
【００５１】
電圧指令値レジスタ５８０は、ＣＰＵ１１０によって設定された電圧指令値Ｙａを格納する。この電圧指令値Ｙａは、後述する励磁区間信号Ｅａとともに、モータの印加電圧を設定する値として機能するものであり、例えば０〜１．０の値を取る。仮に、非励磁区間を設けずに全区間を励磁区間とするように励磁区間信号Ｅａを設定した場合には、Ｙａ＝０は印加電圧をゼロとすることを意味し、Ｙａ＝１．０は印加電圧を最大値とすることを意味する。乗算器５５０は、符号化部５６０から出力されたセンサ出力値Ｘａと、電圧指令値Ｙａとを乗算して整数化し、その乗算値ＭａをＰＷＭ部５３０に供給する。
【００５２】
図８（Ｂ）〜（Ｅ）は、乗算値Ｍａが種々の値を取る場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示している。ここでは、全期間が励磁区間であり非励磁区間が無いものと仮定している。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＳＤＣの１周期の間に、デューティがＭａ／Ｎであるパルスを１つ発生させる回路である。すなわち、図８（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２のパルスのデューティが増加する。なお、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１は、センサ出力ＳＳＡが正のときにのみパルスを発生する信号であり、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２はセンサ出力ＳＳＡが負のときにのみパルスを発生する信号であるが、図８（Ｂ）〜（Ｅ）ではこれらを合わせて記載している。また、便宜上、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２を負側のパルスとして描いている。
【００５３】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は、センサ出力の波形とＰＷＭ部５３０で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。図中、「Ｈｉｚ」は電磁コイルを未励磁状態としたハイインピーダンス状態を意味している。図８で説明したように、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２はセンサ出力ＳＳＡのアナログ波形をそのまま利用したＰＷＭ制御によって生成される。従って、これらの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を用いて、各コイルに、センサ出力ＳＳＡの変化と対応するレベル変化を示す実効電圧を供給することが可能である。
【００５４】
ＰＷＭ部５３０は、さらに、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａで示される励磁区間のみに駆動信号を出力し、励磁区間以外の区間（非励磁区間）では駆動信号を出力しないように構成されている。図９（Ｃ）は、励磁区間信号Ｅａによって励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定した場合の駆動信号波形を示している。励磁区間ＥＰでは図９（Ｂ）の駆動信号パルスがそのまま発生し、非励磁区間ＮＥＰでは駆動信号パルスが発生しない。このように、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定するようにすれば、逆起電力波形の中位点近傍（すなわち、センサ出力の中位点近傍）においてコイルに電圧を印加しないので、モータの効率をさらに向上させることが可能である。なお、励磁区間ＥＰは、逆起電力波形のピークを中心とする対称な区間に設定されることが好ましく、非励磁区間ＮＥＰは、逆起電力波形の中位点（中心点）を中心とする対称な区間に設定されることが好ましい。
【００５５】
なお、前述したように、電圧指令値Ｙａを１未満の値に設定すれば、乗算値Ｍａが電圧指令値Ｙａに比例して小さくなる。従って、電圧指令値Ｙａによっても、実効的な印加電圧を調整することが可能である。
【００５６】
上述の説明から理解できるように、本実施例のモータでは、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａとの両方を利用して印加電圧を調整することが可能である。望ましい印加電圧と、電圧指令値Ｙａ及び励磁区間信号Ｅａとの関係は、予め駆動回路ユニット５００（図６）内のメモリにテーブルとして格納されていることが望ましい。こうすれば、駆動回路ユニット５００が、外部から望ましい印加電圧の目標値を受信したときに、ＣＰＵ１１０がその目標値に応じて、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａとを駆動制御部１００に設定することが可能である。なお、印加電圧の調整には、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａの両方を利用する必要はなく、いずれか一方のみを利用するようにしてもよい。
【００５７】
図１０は、ＰＷＭ部５３０（図８）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンタ５３１と、ＥＸＯＲ回路５３３と、駆動波形形成部５３５とを備えている。これらは以下のように動作する。
【００５８】
図１１は、モータ正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この図には、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、正逆方向指示値ＲＩと、励磁区間信号Ｅａと、乗算値Ｍａと、正負符号信号Ｐａと、カウンタ５３１内のカウント値ＣＭ１と、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２と、駆動波形形成部５３５の出力信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２とが示されている。カウンタ５３１は、クロック信号ＳＤＣの１期間毎に、クロック信号ＰＣＬに同期してカウント値ＣＭ１を０までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値ＣＭ１の初期値は乗算値Ｍａに設定される。なお、図１１では、図示の便宜上、乗算値Ｍａとして負の値も描かれているが、カウンタ５３１で使用されるのはその絶対値｜Ｍａ｜である。カウンタ５３１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭ１が０で無い場合にはＨレベルに設定され、カウント値ＣＭ１が０になるとＬレベルに立ち下がる。
【００５９】
ＥＸＯＲ回路５３３は、正負符号信号Ｐａと正逆方向指示値ＲＩとの排他的論理和を示す信号Ｓ２を出力する。モータが正転する場合には、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２は、正負符号信号Ｐａと同じ信号となる。駆動波形形成部５３５は、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２から、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。すなわち、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２がＬレベルの期間の信号を第１の駆動信号ＤＲＶＡ１として出力し、出力Ｓ２がＨレベルの期間の信号を第２の駆動信号ＤＲＶＡ２として出力する。なお、図１１の右端部付近では、励磁区間信号ＥａがＬレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間ＮＥＰが設定されている。従って、この非励磁区間ＮＥＰでは、いずれの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。
【００６０】
図１２は、モータ逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。モータ逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される。この結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が図１１から入れ替わっており、この結果、モータが逆転することが理解できる。
【００６１】
図１３は、励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。励磁区間設定部５９０は、電子可変抵抗器５９２と、電圧比較器５９４，５９６と、ＯＲ回路５９８とを有している。電子可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖは、ＣＰＵ１１０によって設定される。電子可変抵抗器５９２の両端の電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧比較器５９４，５９６の一方の入力端子に与えられている。電圧比較器５９４，５９６の他方の入力端子には、センサ出力ＳＳＡが供給されている。電圧比較器５９４，５９６の出力信号Ｓｐ，Ｓｎは、ＯＲ回路５９８に入力されている。ＯＲ回路５９８の出力は、励磁区間と非励磁区間とを区別するための励磁区間信号Ｅａである。
【００６２】
図１３（Ｂ）は、励磁区間設定部５９０の動作を示している。電子可変抵抗器５９２の両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、抵抗値Ｒｖを調整することによって変更される。具体的には、両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧レンジの中央値（＝ＶＤＤ／２）からの差分が等しい値に設定される。センサ出力ＳＳＡが第１の電圧Ｖ１よりも高い場合には第１の電圧比較器５９４の出力ＳｐがＨレベルとなり、一方、センサ出力ＳＳＡが第２の電圧Ｖ２よりも低い場合には第２の電圧比較器５９６の出力ＳｎがＨレベルとなる。励磁区間信号Ｅａは、これらの出力信号Ｓｐ，Ｓｎの論理和を取った信号である。従って、図１３（Ｂ）の下部に示すように、励磁区間信号Ｅａは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを示す信号として使用することができる。励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定は、ＣＰＵ１１０が可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行なわれる。
【００６３】
図１４は、上述した本実施例のモータを矩形波で駆動した場合と、正弦波（説明のため、逆起電力波形を正弦波とも呼ぶ）で駆動した場合の各種の信号波形を比較して示している。矩形波駆動の場合には、矩形波の駆動電圧がコイルに与えられる。駆動電流は、始動時には矩形波に近いが、回転速度が上昇すると減少する。これは、回転速度の上昇に応じて逆起電力が増加するからである（図２）。但し、矩形波駆動では、回転速度が上昇しても、駆動電圧が切り替わるタイミング（位相＝ｎπ）の近傍における電流値はあまり減少せず、かなり大きな電流が流れる傾向にある。
【００６４】
一方、正弦波で駆動する場合には、駆動電圧の実効値が正弦波形状となるように駆動電圧がＰＷＭ制御される。駆動電流は、始動時には正弦波に近いが、回転速度が上昇すると逆起電力の影響で駆動電流が減少する。正弦波駆動では、駆動電圧の極性が切り替わるタイミング（位相＝ｎπ）の近傍において電流値が大幅に減少している。図２に即して説明したように、一般に、駆動電圧の極性が切り替わるタイミングの近傍では、モータのエネルギ変換効率が低い。正弦波駆動では、効率の低い期間における電流値が、矩形波駆動よりも小さくなるので、より高効率でモータを駆動することが可能である。
【００６５】
図１５は、ドライバ回路１５０（図６）に含まれるＡ相ドライバ回路１２０ＡとＢ相ドライバ回路１２０Ｂの他の構成例を示している。このドライバ回路１２０Ａ，１２０Ｂは、図７に示したドライバ回路１２０Ａ，１２０Ｂを構成するトランジスタのゲート電極の前に、増幅回路１２２を設けたものである。なお、トランジスタのタイプも図７とは異なっているが、各トランジスタとしては任意のタイプのものを使用することができる。本実施例のモータを、トルクと回転数に関して広い動作範囲で駆動させるためには、ドライバ回路１２０Ａ，１２０Ｂの電源電圧ＶＤＤを可変に設定できることが好ましい。電源電圧ＶＤＤを変更した場合には、各トランジスタのゲート電圧に与える駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２，ＤＲＶＢ１，ＤＲＶＢ２のレベルもこれに比例して変更される。こうすれば、広い範囲の電源電圧ＶＤＤを用いてモータを駆動することができる。増幅回路１２２は、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２，ＤＲＶＢ１，ＤＲＶＢ２のレベルを変更するための回路である。なお、図６に示した駆動回路ユニット５００の電源ユニット３００は、可変の電源電圧ＶＤＤをドライバ回路１５０に供給するものとすることが好ましい。
【００６６】
図１６は、本実施例のモータの無負荷時の回転数を示している。このグラフから理解できるように、本実施例のモータは無負荷時に極く低回転数まで極めて安定した回転数で回転する。この理由は、磁性体のコアが無いのでコギングが発生しないからである。
【００６７】
図１７は、図６に示した回生制御部２００と整流回路２５０の内部構成を示す図である。回生制御部２００は、バス１０２に接続されたＡ相充電切換部２０２と、Ｂ相充電切換部２０４と、電子可変抵抗器２０６とを有している。２つの充電切換部２０２，２０４の出力信号は、２つのＡＮＤ回路２１１，２１２の入力端子に与えられている。
【００６８】
Ａ相充電切換部２０２は、Ａ相コイル１２Ａからの回生電力を回収する場合には「１」レベルの信号を出力し、回収しない場合には「０」レベルの信号を出力する。Ｂ相充電切換部２０４も同様である。なお、これらの信号レベルの切換えは、ＣＰＵ１１０によって行われる。また、Ａ相コイル１２Ａからの回生の有無と、Ｂ相コイル１２Ｂからの回生の有無とは、独立に設定することができる。従って、例えばＡ相コイル１２Ａを用いてモータに駆動力を発生させつつ、Ｂ相コイル１２Ｂから電力を回生することも可能である。
【００６９】
なお、図６に示した駆動制御部１００も、同様に、Ａ相コイル１２Ａを用いて駆動力を発生するか否かと、Ｂ相コイル１２Ｂを用いて駆動力を発生するか否かとを、独立に設定できるように構成してもよい。このようにすれば、２相のコイル１２Ａ，１２Ｂのうちの任意の一方で駆動力を発生させつつ、他方で電力を回生する運転モードでモータを運転することが可能である。
【００７０】
電子可変抵抗器２０６の両端の電圧は、４つの電圧比較器２２１〜２２４の２つの入力端子の一方に与えられている。電圧比較器２２１〜２２４の他方の入力端子には、Ａ相センサ信号ＳＳＡとＢ相センサ信号ＳＳＢが供給されている。４つの電圧比較器２２１〜２２４の出力信号ＴＰＡ，ＢＴＡ，ＴＰＢ，ＢＴＢは、「マスク信号」または「許可信号」と呼ぶことができる。
【００７１】
Ａ相コイル用のマスク信号ＴＰＡ，ＢＴＡはＯＲ回路２３１に入力されており、Ｂ相用のマスク信号ＴＰＢ，ＢＴＢは他のＯＲ回路２３２に入力されている。これらのＯＲ回路２３１，２３２の出力は、上述した２つのＡＮＤ回路２１１，２１２の入力端子に与えられている。これらのＡＮＤ回路２１１，２１２の出力信号ＭＳＫＡ，ＭＳＫＢも、「マスク信号」または「許可信号」と呼ぶ。
【００７２】
ところで、４つの電圧比較器２２１〜２２４とＯＲ回路２３１，２３２の構成は、図１３に示した励磁区間設定部５９０内の電圧比較器５９４，５９６とＯＲ回路５９８を２つ並べたものと同じである。従って、Ａ相コイル用のＯＲ回路２３１の出力信号は、図１３（Ｂ）に示した励磁区間信号Ｅａと同様な波形を有する。また、Ａ相充電切換部２０２の出力信号が「１」レベルの場合には、Ａ相コイル用のＡＮＤ回路２１１から出力されるマスク信号ＭＳＫＡはＯＲ回路２３１の出力信号と同じものとなる。これらの動作はＢ相についても同様である。
【００７３】
整流回路２５０は、Ａ相コイル用の回路として、複数のダイオードを含む全波整流回路２５２と、２つのゲートトランジスタ２６１，２６２と、バッファ回路２７１と、インバータ回路２７２（ＮＯＴ回路）とを有している。なお、Ｂ相用にも同じ回路が設けられている。ゲートトランジスタ２６１，２６２は、回生用の電源配線２８０に接続されている。また、複数のダイオードとしては、低Ｖｆ特性に優れたショットキーダイオードを用いることが好ましい。
【００７４】
電力回生時にＡ相コイル１２Ａで発生した交流電力は、全波整流回路２５２で整流される。ゲートトランジスタ２６１，２６２のゲートには、Ａ相コイル用のマスク信号ＭＳＫＡとその反転信号が与えられており、これに応じてゲートトランジスタ２６１，２６２がオン／オフ制御される。従って、電圧比較器２２１，２２２から出力されたマスク信号ＴＰＡ，ＢＴＡの少なくとも一方がＨレベルの期間では回生電力が電源配線２８０に出力され、一方、マスク信号ＴＰＡ，ＢＴＡの双方がＬレベルの期間では電力の回生が禁止される。
【００７５】
以上の説明から理解できるように、回生制御部２００と整流回路２５０を用いて、回生電力を回収することが可能である。また、回生制御部２００と整流回路２５０は、Ａ相コイル用のマスク信号ＭＳＫＡ及びＢ相コイル用のマスク信号ＭＳＫＢに応じて、Ａ相コイル１２ＡとＢ相コイル１２Ｂからの回生電力を回収する期間を制限し、これによって回生電力の量を調整することが可能である。
【００７６】
以上のように、第１実施例のブレシレスモータでは、軸部６４はステータ部１０に固定され、ロータ部３０が軸部６４を中心として回転し、車輪部７１等の被駆動部材がロータ部３０に連結されているので、モータの中心軸を回転させることなく、被駆動部材を回転させることが可能である。
【００７７】
Ｃ．第１実施例のモータ構成の変形例：
図１８は、第１実施例のモータ構成の他の例を示す説明図である。上記第１実施例では、モータの外周部に車輪部７１を取り付けていたが、この代わりに、歯車７１ｂを取り付け、モータ本体を歯車の一部として用いることも可能である（図１８（Ａ））。また、歯車７１ｂの代わりにプーリー７１ｃを取り付けることも可能である（図１８（Ｂ））。
【００７８】
Ｄ．第２実施例のモータ構成
図１９は、第２実施例のモータ構成を示す説明図である。図１に示した第１実施例との違いは、永久磁石３２とコイル１２が支持部材１４の片面にしか設けられていない点だけであり、他の構成は第１実施例と同じである。このように、片面励磁のモータとしても、モータの中心軸を回転させることなく、被駆動部材を回転させることが可能である。
【００７９】
Ｅ．第３実施例のモータ構成
図２０は、第３実施例のモータの構成を示す説明図である。図１に示した第１実施例との違いは、永久磁石３２がコイル１２の外周側に配置されている点だけであり、他の構成は第１実施例と同じである（図２０（Ａ））。また、車輪部７１の代わりに、羽根７１ｄを取り付けて、ファンモータとすることも可能である（図２０（Ｂ））。このように、永久磁石３２とコイル１２の配置を、アウターロータ型のモータと同様の配置としても、モータの中心軸を回転させることなく、被駆動部材を回転させることが可能である。
【００８０】
Ｆ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００８１】
Ｆ１．変形例１：
上記実施例や変形例では２相ブラシレスモータについて説明したが、本発明は、任意の相数Ｍ（Ｍは１以上の整数）のブラシレスモータに適用することが可能である。また、各相のコイル群は、少なくとも１個の電磁コイルを含んでいれば良いが、２個以上の電磁コイルを含むことが好ましい。
【００８２】
Ｆ２．変形例２：
上記実施例ではアナログ磁気センサを利用していたが、アナログ磁気センサの代わりに、多値のアナログ的出力を有するデジタル磁気センサを使用してもよい。アナログ磁気センサも多値出力を有するデジタル磁気センサも、アナログ的変化を示す出力信号を有する点で共通している。なお、本明細書において、「アナログ的変化を示す出力信号」とは、オン／オフの２値出力ではなく、３値以上の多数レベルを有するデジタル出力信号と、アナログ出力信号との両方を包含する広い意味で使用されている。
【００８３】
なお、アナログ的変化を示す出力信号を有するセンサの代わりに、２値のデジタル出力を有するデジタル磁気センサを使用するようにしてもよい。この場合には、図８のＡＤＣ部５７０と励磁区間設定部５９０が不要となる。従って、励磁区間の設定は行なわれず、また、正弦波駆動波形を用いないため、効率が低下し振動／騒音も生じてしまうが、安価なＩＣで駆動制御回路を実現することができる。
【００８４】
Ｆ３．変形例３：
ＰＷＭ回路としては、図１０に示した回路以外の種々の回路構成を採用することが可能である。例えば、センサ出力と基準三角波とを比較することによってＰＷＭ制御を行う回路を利用してもよい。また、ＰＷＭ制御以外の方法で駆動信号を生成するようにしてもよい。また、ＰＷＭ制御以外の方法で駆動信号を生成する回路を採用してもよい。例えば、センサ出力を増幅してアナログ駆動信号を生成する回路を採用することも可能である。
【００８５】
また、図８において、ＡＤＣ部５７０を電圧比較器（コンパレータ）に変えることも可能である。この場合には、正弦波駆動波形では無く、矩形波駆動となるため、効率が低下し振動／騒音も生じてしまうが、安価なＩＣで駆動制御回路を実現することができる。
【００８６】
Ｆ４．変形例４：
本発明は、回生回路を含まないモータや、駆動制御回路を含まない発電機にも適用可能である。具体例としては、例えば、プロジェクタの自動雲台、ビデオカメラの自動雲台、電動車輌、飛行船、ヘリコプタ、ジェットエンジン（加圧部）、ロボット、ファンモータ、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モータ、玩具などの種々の装置のモータに適用可能である。
【００８７】
図２１は、本発明の実施例によるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。この鉄道車両１０００は、モータ１０１０と、車輪１０２０とを有している。このモータ１０１０は、車輪１０２０を駆動する。さらに、モータ１０１０は、鉄道車両１０００の制動時には発電機として利用され、電力が回生される。このモータ１０１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００８８】
Ｆ５．変形例５：
上記実施例では、着脱目的の固定ねじ部５０が設けられていたが、固定ねじ部５０を無くして、ホイール部７０とロータ部３０を一体成形しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】第１実施例における電動モータのモータ本体の構成を示す断面図である。
【図２】磁気センサ出力とコイルの逆起電力波形との関係を示す説明図である。
【図３】コイルの印加電圧と逆起電力との関係を示す模式図である。
【図４】第１実施例のモータの正転動作の様子を示す説明図である。
【図５】第１実施例のモータの逆転動作の様子を示す説明図である。
【図６】モータの駆動回路ユニットの構成を示すブロック図である。
【図７】ドライバ回路の内部構成を示す図である。
【図８】駆動制御部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図９】センサ出力波形と駆動信号波形の対応関係を示す説明図である。
【図１０】ＰＷＭ部の内部構成を示すブロック図である。
【図１１】モータ正転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１２】モータ逆転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】励磁区間設定部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１４】第１実施例のモータを矩形波で駆動した場合と、正弦波で駆動した場合の各種の信号波形を比較して示す説明図である。
【図１５】ドライバ回路の他の構成を示す図である。
【図１６】実施例のモータの無負荷時の回転数を示すグラフである。
【図１７】回生制御部と整流回路の内部構成を示す図である。
【図１８】第１実施例のモータ構成の他の例を示す説明図である。
【図１９】第２実施例のモータ構成を示す説明図である。
【図２０】第３実施例のモータの構成を示す説明図である。
【図２１】本発明の実施例によるモータを利用した鉄道車両を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９０】
１０...ステータ部
１２Ａ，１２Ｂ...電磁コイル
１４...支持部材
３０...ロータ部
３０Ｕ...上部ロータ部
３０Ｌ...下部ロータ部
３１Ｕ...上部回転ケーシング部
３１Ｌ...下部回転ケーシング部
３２...永久磁石
３２Ｌ...永久磁石
３２Ｕ...永久磁石
３４Ｕ，３４Ｌ...磁気ヨーク
４０Ａ，４０Ｂ...磁気センサ
５０...固定ねじ部
６４...軸部（中心軸）
６４ａ...軸固定部
６４ｅ...軸端部固定部材
６５Ｕ，６５Ｌ...軸受け部
７０...ホイール部
７０ｃ...密閉キャップ
７１...車輪部
７１ｂ...歯車
７１ｃ...プーリー
７１ｄ...羽根
１００...駆動制御部
１０２...バス
１１０...ＣＰＵ
１２０Ａ，１２０Ｂ...ドライバ回路
１２２...増幅回路
１５０...ドライバ回路
２００...回生制御部
２０２，２０４...充電切換部
２０６...電子可変抵抗器
２１１，２１２...ＡＮＤ回路
２２１〜２２４...電圧比較器
２３１，２３２...ＯＲ回路
２５０...整流回路
２５２...全波整流回路
２６１，２６２...ゲートトランジスタ
２７１...バッファ回路
２７２...インバータ回路
２７８...駆動用電力線
２７９...制御線
２８０...電源配線
５００...駆動回路ユニット
５１０...基本クロック生成回路
５２０...分周器
５３０...ＰＷＭ部
５３１...カウンタ
５３３...ＥＸＯＲ回路
５３５...駆動波形形成部
５４０...レジスタ
５５０...乗算器
５６０...符号化部
５７０...ＡＤ変換部
５８０...指令値レジスタ
５９０...励磁区間設定部
５９２...電子可変抵抗器
５９４，５９６...電圧比較器
５９８...ＯＲ回路
１０００...鉄道車両
１０１０...モータ
１０２０...車輪
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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