(57)【要約】【課題】大型化を防ぎつつ、モータの状態を検知することができるモータユニットを提供すること。【解決手段】モータユニットは、駆動コイルを有し、当該駆動コイルに電流が供給されることにより駆動するモータと、モータに対応するように配置されるとともに、送電コイルから電磁誘導を利用して電力の供給を受けることが可能な受電コイルと、駆動コイルの作用により受電コイルに誘起される電力の情報を取得し、当該電力の情報に基づいて、モータの状態を判定する判定部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルを有し、当該駆動コイルに電流が供給されることにより駆動するモータと、
前記モータに対応するように配置されるとともに、送電コイルから電磁誘導を利用して電力の供給を受けることが可能な受電コイルと、
前記駆動コイルの作用により前記受電コイルに誘起される電力の情報を取得し、当該電力の情報に基づいて、前記モータの状態を判定する判定部とを備える、モータユニット。
【請求項２】
前記受電コイルは、当該受電コイルと前記モータとの距離が１ｃｍ以下となるように配置される、請求項１に記載のモータユニット。
【請求項３】
前記受電コイルは、当該受電コイルの軸が前記モータの回転軸と直交するように配置される、請求項１または２に記載のモータユニット。
【請求項４】
前記受電コイルは、当該受電コイルの外径が、前記モータの外径の０．５倍以上かつ２．０倍以下となるように構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータユニット。
【請求項５】
前記判定部は、前記電力の情報の値が予め定められた範囲内であるときに、前記モータが駆動状態であると判断する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータユニット。
【請求項６】
前記電力の情報は、前記受電コイルに誘起される交流電力の振幅に関連付けられる情報を含み、
前記判定部は、前記振幅に関連付けられる情報の値が予め定められた範囲内にあるか否かに基づいて前記モータが駆動状態であるか否かを判断する、請求項５に記載のモータユニット。
【請求項７】
前記判定部は、単位期間あたりの前記電力の情報に対してフーリエ変換を行うことによりピーク周波数を算出するとともに、当該ピーク周波数が予め定められた範囲内にあるか否かに基づいて前記モータが駆動状態であるか否かを判断する、請求項５に記載のモータユニット。
【請求項８】
前記電力の情報は、前記駆動コイルの作用により前記受電コイルに誘起される交流電力の周波数を含み、
前記判定部は、前記モータが駆動状態であると判断した場合に、前記周波数に基づいて前記モータの回転速度を算出する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のモータユニット。
【請求項９】
前記電力の情報は、前記受電コイルに誘起される交流電力の振幅に関連付けられる情報を含み、
前記判定部は、前記振幅に関連付けられる情報に基づいて前記モータに接続される負荷の大きさを推定する、請求項１〜８のいずれか１項に記載のモータユニット。
【請求項１０】
前記判定部は、さらに前記送電コイルの作用により前記受電コイルに誘起される電力の情報を取得し、前記電力の情報に基づいて、前記送電コイルからの受電状態をさらに判定する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のモータユニット。
【請求項１１】
前記モータは、ブラシモータおよびブラシレスモータのうちいずれか一方のモータである、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のモータユニット。
【請求項１２】
前記送電コイルの作用により前記受電コイルに誘起された電力を蓄えるとともに、当該電力を前記駆動コイルに供給するための蓄電池をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のモータユニット。
【請求項１３】
前記受電コイルと、前記蓄電池と、前記モータと、前記判定部とを収容するための筐体をさらに備え、
前記受電コイルは、前記モータと前記筐体との間に配置される、請求項１２に記載のモータユニット。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のモータユニットと、前記送電コイルを含む充電装置とを備える、モータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、モータユニットに関し、より特定的には、受電コイルを有するモータユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
モータユニットの中には、異常検知を行うためにモータの動作状態を検知するものがある。モータの動作状態を検知する技術に関し、特開２０１１−０４１４３２号公報（特許文献１）に開示されるモータユニットは、ブラシレスモータに内蔵されるロータの複数のマグネットの表面に、各マグネットを識別するＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentifier）タグを固定し、当該ＲＦＩＤタグの識別文字をＲＦＩＤリーダーに送信するアンテナをステータに配置する構成を開示している。より具体的には、ＲＦＩＤリーダーは、アンテナから受信したマグネット識別情報およびその位置情報を処理し、モータ制御および駆動装置ユニットに送信する構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−０４１４３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
モータユニットの中には、受電コイルを有し、外部の送電コイルから当該受電コイルへの電磁誘導を利用して電力の供給を受ける、非接触電力伝送方式を採用するものがある。このようなモータユニットは、たとえば、電動歯ブラシや、ロボットなどに用いられており、小型化が求められている。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される技術は、モータの動作状態を検知するにあたって、ＲＦＩＤタグ、アンテナ、ＲＦＩＤリーダーといったデバイスを新たにモータユニットに搭載する必要があり、小型化を妨げるといった問題がある。
【０００６】
本開示は、上記のような問題を解決するためになされたものであって、ある局面における目的は、大型化を防ぎつつ、モータの状態を検知することができるモータユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明のある局面に従うと、モータユニットは、駆動コイルを有し、当該駆動コイルに電流が供給されることにより駆動するモータと、モータに対応するように配置されるとともに、送電コイルから電磁誘導を利用して電力の供給を受けることが可能な受電コイルと、駆動コイルの作用により受電コイルに誘起される電力の情報を取得し、当該電力の情報に基づいて、モータの状態を判定する判定部とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態に従うモータユニットによれば、大型化を防ぎつつ、モータの状態を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】関連技術に従うモータユニットと、実施形態に従うモータユニットとを比較して説明する図である。
【図２】実施形態１に従うモータユニットの構成例について説明する図である。
【図３】実施形態１に従う受電コイルと、モータ本体との関係を説明する図である。
【図４】実施形態１に従うモータユニットの外観構成例を説明する図である。
【図５】実施形態１に従うモータ本体の駆動時における、受電コイルに誘起される誘導起電力を説明する図である。
【図６】実施形態１に従うモータ本体の充電時における、受電コイルに誘起される誘導起電力を説明する図である。
【図７】実施形態１に従うモータユニットの、モータ本体の動作状態およびバッテリの充電状態の判定方法について説明するフローチャートである。
【図８】実施形態１に従うモータユニットの異常判断について説明するフローチャートである。
【図９】実施形態２に従う、モータ本体およびバッテリの状態に応じた誘導起電力の周波数スペクトルについて説明する図である。
【図１０】実施形態２に従うモータユニットの、モータ本体の動作状態およびバッテリの充電状態の判定方法について説明するフローチャートである。
【図１１】実施形態３に従うモータユニットの制御概要を説明する図である。
【図１２】変形例１に従うモータ本体と受電コイルとの関係を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１１】
［Ａ．導入］
（ａ１．関連技術）
図１は、関連技術に従うモータユニット１００Ｘと、実施形態に従うモータユニット１００とを比較して説明する図である。図１（ａ）を参照して、関連技術に従うモータユニット１００Ｘは、制御部１０と、通信部２０と、モータ本体３０と、バッテリ４０と、ワイヤレス給電モジュール５０と、モータ状態監視モジュール６０とを有する。
【００１２】
制御部１０は、通信部２０を介して入力された制御信号に基づいて、バッテリ４０からモータ本体３０に供給する電力量を調整する。モータ本体３０は、後述する回転軸３２に接続される負荷を駆動する。ワイヤレス給電モジュール５０は、受電コイル５２と、給電制御部５４とを有する。受電コイル５２は、モータユニット１００Ｘの外部に設けられる送電コイル２００から、電磁誘導を利用して電力の供給を受ける。給電制御部５４は、受電コイルに誘起される交流電力を直流電力に変換するとともに、変換した直流電力をバッテリ４０に供給する。
【００１３】
モータ状態監視モジュール６０は、たとえば、ホール素子などのセンサを有し、当該センサによってモータ本体３０に内蔵されるロータの位置を検知し、検知結果を制御部１０に送信する。制御部１０は、モータ状態監視モジュール６０から受信した信号に基づいて、モータ本体３０が駆動しているか否か、などのモータ本体３０の動作状態を把握することができる。
【００１４】
しかし、関連技術に従うモータユニット１００Ｘは、モータ本体３０の動作状態を把握するにあたって、センサ、エンコーダなどの付加的なデバイスを搭載する必要がある。これらのデバイスを搭載することにより、関連技術に従うモータユニット１００Ｘは、大型化してしまうという問題がある。そこで、以下に、付加的なデバイスを搭載することなくモータの動作状態を把握することができる、実施形態に従うモータユニット１００の概要について説明する。
【００１５】
（ａ２．実施形態に従うモータユニットの概要）
図１（ｂ）を参照して、実施形態に従うモータユニット１００は、関連技術に従うモータユニット１００Ｘに比して、モータ状態監視モジュール６０を有さない代わりに、受電コイル５２に誘起される電力の情報をモニタする。当該電力の情報は、たとえば、受電コイル５２に流れる電流または電圧の大きさ，波形，周波数などが挙げられる。
【００１６】
また、実施形態に従う受電コイル５２は、モータ本体３０に対応するように配置される。これにより、モータ本体３０が駆動すると、換言すればモータ本体３０の駆動コイル３４に電流が流れると、電磁誘導によって受電コイル５２に交流電力が誘起される。実施形態に従う制御部１０は、駆動コイル３４の作用によって受電コイル５２に誘起される電力の情報をモニタすることによって、モータ本体３０の動作状態を把握する。
【００１７】
上記によれば、実施形態に従うモータユニット１００は、ホール素子などの付加的なデバイスを搭載することなく、給電用の受電コイル５２を利用することによってモータ本体３０の動作状態を把握することができる。そのため、実施形態に従うモータユニット１００は、大型化を抑制しつつ、モータの状態を検知することができる。加えて、実施形態に従うモータユニット１００は、モータ本体３０にＲＦＩＤタグなどのデバイスを追加設置することなく、既存のモータを用いることができるため、汎用性が高く、生産コストを削減することができる。以下、実施形態に従うモータユニット１００の構成および制御の詳細について説明する。
【００１８】
［Ｂ．実施形態１］
（ｂ１．モータユニット１００の構成）
図２は、実施形態１に従うモータユニット１００の構成例について説明する図である。図２（ａ）は充電時のモータユニット１００の動作を、図２（ｂ）は駆動時のモータユニット１００の動作をそれぞれ説明する図である。
【００１９】
図２（ａ）を参照して、実施形態１に従うモータユニット１００は、制御部１０と、通信部２０と、モータ本体３０と、バッテリ４０と、受電コイル５２と、給電制御部５４とを有する。制御部１０は、受電コイル５２と電気的に接続される取得部１２を有する。取得部１２は、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎをモニタする。モータ本体３０は、実施形態１において、一例として、ブラシモータであるとする。
【００２０】
モータユニット１００の外部には送電コイル２００と、給電制御部２１０とから構成される充電装置が配置される。バッテリ４０の充電時において、モータユニット１００は、充電装置に当接または近接して配置される。この状態で送電コイル２００に電流が流れると、送電コイル２００を貫くように磁束が生じる。当該磁束が受電コイル５２を貫くことによって、受電コイル５２に交流電力が誘起される。受電コイル５２に誘起された交流電力は、給電制御部５４で直流電力に整流および平滑化されるとともに、バッテリ４０に供給される。
【００２１】
一方、モータ本体３０の駆動時について、図２（ｂ）を用いて説明する。制御部１０は、通信部２０を介して外部装置（たとえば、パソコン）からモータ本体３０を駆動させる旨の制御信号を受信すると、バッテリ４０からモータ本体３０に内蔵される駆動コイル３４に電流が流れるように制御する。
【００２２】
ここで、実施形態１に従うモータユニット１００の受電コイル５２は、モータ本体３０に対応するように配置される。より具体的には、受電コイル５２は、バッテリ４０から駆動コイル３４に電流が流れることにより生じる磁束の少なくとも一部を、当該受電コイル５２が貫くように配置される。
【００２３】
これにより、駆動コイル３４に電流が流れると、電磁誘導によって受電コイル５２に交流電力が誘起される。制御部１０は、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎをモニタすることによって、モータ本体３０が駆動しているか否か、などのモータ本体３０の動作状態を把握する。
【００２４】
図３は、実施形態１に従う受電コイル５２と、モータ本体３０との関係を説明する図である。図３を参照して、モータ本体３０は、その主な構成要素として、整流子３１ａ，３１ｂと、回転軸３２と、ロータ３３と、駆動コイル３４と、磁石３５ａ，３５ｂと、対抗する電極を含むブラシ３７とを有する。なお、モータ本体３０は、図３に示される例において整流子を２個有する構成を開示しているが、これに限られず、他の局面において整流子を３個以上有する構成であってもよい。
【００２５】
受電コイル５２は、当該受電コイル５２の軸が、モータ本体３０の回転軸３２と直交するように構成される。また、受電コイル５２は、モータ本体３０と当接または近接して配置される。好ましくは、受電コイル５２は、モータ本体３０との距離が１ｃｍ以下になるように配置される。
【００２６】
図４は、実施形態１に従うモータユニット１００の外観構成例を説明する図である。図４を参照して、モータユニット１００は、上記に述べた制御部１０、通信部２０、モータ本体３０、バッテリ４０、受電コイル５２などのデバイスを、略立方体である筐体７０に収容する。筐体７０の各辺の長さは、一例として、モータ本体３０の回転軸３２の長手方向に５４ｍｍ、当該長手方向と直交する各方向に５２ｍｍとなるように構成される。
【００２７】
受電コイル５２は、モータ本体３０と筐体７０を構成する外壁との間に配置される。モータユニット１００の小型化の観点から、受電コイル５２の外径は、回転軸３２と直交するロータ３３の長手方向の距離（以下、「モータ本体３０の外径」とも称する。）と略等しいことが好ましい。より特定的には、受電コイル５２の外径は、モータ本体３０の外径の０．５倍以上、かつ、２．０倍以下となるように構成されることが好ましい。なお、他の局面において、モータ本体３０の外径は、ロータ３３の長手方向におけるモータ本体３０の筐体の距離であってもよい。
【００２８】
再び図３を参照して、バッテリ４０から、ブラシ３７を介して駆動コイル３４に電流が流れると、ロータ３３は、磁性を帯びて磁石３５ａ，３５ｂに引き寄せられることによって回転する。そのため、受電コイル５２は、ロータ３３の回転運動における所定の位相期間にわたって、駆動コイル３４の作用による誘導起電力Ｖｉｎを誘起される。
【００２９】
（ｂ２．誘導起電力Ｖｉｎの挙動）
図５は、実施形態１に従うモータ本体３０の駆動時における、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎを説明する図である。図５（ａ）を参照して、モータ本体３０が駆動を開始してから所定時間（たとえば、１秒）が経過すると、ロータ３３の回転速度が安定する。すなわち、モータ本体３０が駆動を開始してから所定時間が経過すると、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎが安定する。この状態において、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎは、受電コイル５２にロータ３３が近づく所定の位相期間において電圧Ｖａｍｐ１となり、ロータ３３が離れる所定の位相期間において、マイナスＶａｍｐ１となる。誘導起電力Ｖｉｎは、ロータ３３が１８０°回転するごとに上記の挙動を繰り返す。少なくともロータ３３が１８０°回転する所定の位相期間における誘導起電力Ｖｉｎの最大電圧をＶａｍｐと定義すると、モータ本体３０の駆動中における最大電圧Ｖａｍｐは、電圧Ｖａｍｐ１となる。この最大電圧Ｖａｍｐは、誘導起電力Ｖｉｎの振幅に関連付けられる情報である。一方、モータ本体３０が停止中である場合、受電コイル５２に誘導起電力Ｖｉｎは０または概ね０となるため、最大電圧Ｖａｍｐも０または概ね０となる。
【００３０】
この特性を利用して、制御部１０は、取得部１２が取得する誘導起電力Ｖｉｎから最大電圧Ｖａｍｐを算出するとともに、当該最大電圧Ｖａｍｐが存在する領域を判断することによって、モータ本体３０の動作状態を判定することができる。
【００３１】
図５（ｂ）は、最大電圧Ｖａｍｐとモータ本体３０の動作状態との関係を説明する図である。制御部１０は、算出した最大電圧Ｖａｍｐと、０超え電圧Ｖａｍｐ１未満のしきい値電圧Ｖｔｈ１とを比較する。制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐが、しきい値電圧Ｖｔｈ１未満であると判断した場合、モータ本体３０が停止中であると判定する。一方、制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐが、しきい値電圧Ｖｔｈ１以上であると判断した場合、モータ本体３０が駆動中であると判定する。上記によれば、実施形態１に従うモータユニット１００は、誘導起電力Ｖｉｎの振幅に関連付けられる最大電圧Ｖａｍｐに基づいて、モータ本体３０が駆動しているか否かを判定することができる。
【００３２】
なお、他の局面において、制御部１０は、送電コイル２００の作用により受電コイル５２に誘起される誘導起電力の情報を取得し、当該情報に基づいて受電コイル５２の送電コイル２００からの受電状態、すなわち、バッテリ４０の充電状態をさらに判定する構成であってもよい。
【００３３】
図６は、実施形態１に従うモータ本体３０の充電時における、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎを説明する図である。図６（ａ）を参照して、送電コイル２００の作用により誘起される誘導起電力は、ロータ３３の回転運動とは無関係である。そのため、送電コイル２００に電流が流れており、かつ、受電コイル５２と送電コイル２００とが近接または当接して配置されている限り、受電コイル５２に誘導起電力Ｖｉｎが誘起される。送電コイル２００の作用により受電コイル５２に誘起される誘導起電力のピーク値を電圧Ｖｃと定義すると、バッテリ４０の充電中における最大電圧Ｖａｍｐは、電圧Ｖａｍｐ１となる。電圧Ｖｃは電圧Ｖａｍｐ１に比して著しく大きい。制御部１０は、この特性を利用して、最大電圧Ｖａｍｐからバッテリ４０の充電状態をさらに判定する。
【００３４】
図６（ｂ）を参照して、制御部１０は、しきい値電圧Ｖｔｈ１に加え、電圧Ｖａｍｐ１超え電圧Ｖｃ未満のしきい値電圧Ｖｔｈ２も最大電圧Ｖａｍｐと比較する。具体的には、制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ１以上であってしきい値電圧Ｖｔｈ２未満であると判断した場合、モータ本体３０が駆動中であると判定する。また、制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ２以上であると判断した場合、バッテリ４０が充電中だと判定する。上記によれば、制御部１０は、送電コイル２００の作用により受電コイル５２に誘起される電力の情報に基づいて、受電コイル５２の送電コイル２００からの受電状態をさらに判定することができる。
【００３５】
図７は、実施形態１に従うモータユニット１００の、モータ本体３０の動作状態およびバッテリ４０の充電状態の判定方法について説明するフローチャートである。図７に示される処理は、制御部１０が図示しない記憶部に格納される制御プログラムを実行することにより実現される。他の局面において、処理の一部または全部が、回路素子その他のハードウェアによって実行されてもよい。これらの条件は、以降に示されるフローチャートでも同様とする。
【００３６】
図７を参照して、ステップＳ１０において、制御部１０は、取得部１２が取得する受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎの波形から、最大電圧Ｖａｍｐを算出する。
【００３７】
ステップＳ１２において、制御部１０は、算出した最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ１未満であるか否かを判断する。制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ１未満であると判断した場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、モータ本体３０が停止している状態であると判定する（ステップＳ１４）。一方、制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ１以上であると判断した場合（ステップＳ１２においてＮＯ）、処理をステップＳ１６に進める。
【００３８】
ステップＳ１６において、制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ２未満であるか否かを判断する。制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ２未満であると判断した場合（ステップＳ１６においてＹＥＳ）、モータ本体３０が駆動している状態であると判定する（ステップＳ１８）。一方、制御部１０は、最大電圧Ｖａｍｐがしきい値電圧Ｖｔｈ２以上であると判断した場合（ステップＳ１６においてＮＯ）、バッテリ４０への充電が行われている状態であると判定する（ステップＳ２０）。
【００３９】
上記によれば、実施形態１に従うモータユニット１００は、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎに基づいて、モータ本体３０の動作状態およびバッテリ４０の充電状態を判定することができる。すなわち、実施形態１に従うモータユニット１００は、モータ本体３０の動作状態をホール素子などの付加的なデバイスを搭載することなく判定することができるため、大型化を防ぐことができる。
【００４０】
また、実施形態１に従うモータユニット１００は、ＲＦＩＤタグなどを搭載した特殊なモータを用いることなく、既存のモータを用いる場合であっても、当該モータの動作状態を判定することができるため、汎用性が高く、生産コストを削減することができる。
【００４１】
（ｂ３．異常通知）
次に、上記の状態判定を利用したモータユニット１００の異常を検知する方法について説明する。図８は、実施形態１に従うモータユニット１００の異常判断について説明するフローチャートである。図８を参照して、ステップＳ３０において、制御部１０は、通信部２０を介して外部装置からモータ本体３０を動作させる旨の動作信号の入力を受ける。これにより、制御部１０は、バッテリ４０からモータ本体３０に対して電力を供給するように制御する。
【００４２】
ステップＳ３２において、制御部１０は、ロータ３３の回転速度が安定するまでの所定時間が経過したか否かを判断する。制御部１０は、外部装置から制御信号の入力を受けてから所定時間が経過したと判断した場合（ステップＳ３２においてＹＥＳ）、処理をステップＳ３４に進める。一方、制御部１０は、外部装置から制御信号の入力を受けてから所定時間が経過していないと判断した場合（ステップＳ３２においてＮＯ）、処理をステップＳ３２に戻す。
【００４３】
ステップＳ３４において、制御部１０は、誘導起電力Ｖｉｎの波形から、最大電圧Ｖａｍｐを算出する。
【００４４】
ステップＳ３６において、制御部１０は、モータ本体３０が駆動しているか否かを判定する。具体的には、制御部１０は、図７に示される処理を実行することにより、モータ本体３０が駆動しているか否かを判定する。すなわち、制御部１０は、算出した最大電圧Ｖａｍｐが、しきい値電圧Ｖｔｈ１以上しきい値電圧Ｖｔｈ２未満であると判断した場合に、モータ本体３０が駆動していると判定する。
【００４５】
制御部１０は、モータ本体３０が駆動していると判定した場合（ステップＳ３６においてＹＥＳ）、処理をステップＳ３８に進め、モータ本体３０が正常に駆動している旨の信号を外部装置へ通知する。
【００４６】
一方、制御部１０は、モータ本体３０が駆動していないと判定した場合（ステップＳ３６においてＮＯ）、処理をステップＳ４０に進め、外部装置から動作信号が入力されたにもかかわらずモータ本体３０が駆動していないとして、エラー信号を外部装置へ通知する。
【００４７】
（ｂ４．誘導起電力Ｖｉｎに基づくモータの回転速度の推定）
上記の例では、モータユニット１００は、誘導起電力Ｖｉｎに基づいて、単にモータ本体３０が駆動しているか否かを判断する構成であった。次に、この誘導起電力Ｖｉｎに基づいてモータ本体３０に内蔵されるロータ３３（回転軸３２）の回転速度（以下、「モータ本体３０の回転速度」とも称する。）を推定する構成について説明する。
【００４８】
再び図５（ａ）を参照して、制御部１０は、取得部１２が取得する誘導起電力Ｖｉｎの波形から、誘導起電力Ｖｉｎの周期Ｔ１を算出する。
【００４９】
次に、制御部１０は、周期Ｔ１から、駆動コイル３４の作用により受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎの周波数ｆｄを算出する。続いて、制御部１０は、当該周波数ｆｄに比例係数Ｃを乗じてモータ本体３０の回転速度を算出する。
【００５０】
上記の通り、ロータ３３の回転速度は、周波数ｆｄに比例（周期Ｔ１に反比例）するため、周期Ｔ１が短くなればなるほど、モータ本体３０の回転速度は速くなる。なお、比例係数Ｃは、制御部１０に含まれる記憶部（不図示）に格納されているものとする。なお、比例係数Ｃは、モータ本体３０の構成によって異なる値を示す。したがって、予めロータ３３の回転速度と周波数ｆｄとから定まる比例係数Ｃを算出し、記憶部に格納されることが好ましい。
【００５１】
上記によれば、実施形態１に従うモータユニット１００は、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎに基づいて、モータ本体３０の回転速度を推定することができる。また、実施形態１に従う制御部１０は、推定したモータ本体３０の回転速度が、記憶部に格納される所定の回転速度範囲から外れている場合に、外部装置に対してエラー通知を行なう構成であってもよい。
【００５２】
なお、上記の例において、モータユニットは、バッテリを含む構成であったが、これに限られない。他の局面において、モータユニットは、受電コイルに誘起される電力を、バッテリに蓄えることなく、給電制御部を介してモータ本体に供給する構成であってもよい。当該構成においても、モータユニットは、受電コイルに誘起される誘導起電力に基づいて、モータ本体の動作状態を判定することができる。
【００５３】
［Ｃ．実施形態２］
実施形態１に従うモータユニット１００は、駆動コイル３４の作用により受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎからモータ本体３０の状態を判定する構成であった。ところで、一般的に送電コイル２００の作用により受電コイル５２に誘起される誘導起電力の周波数ｆｃは、駆動コイル３４の作用により誘起される誘導起電力の周波数ｆｄよりも著しく高い。たとえば、非接触電力伝送方式の国際標準規格であるＱｉの場合、周波数ｆｃは、１１０ｋＨｚ〜２０５ｋＨｚと定められている。一方、周波数ｆｄは、一例として、数百Ｈｚ〜数ｋＨｚ程度である。実施形態２に従うモータユニット１００は、この周波数ｆｃと周波数ｆｄとの差を利用して、モータ本体３０およびバッテリ４０の状態を判定する。なお、実施形態２に従うモータユニット１００の基本構成は、実施形態１に従うモータユニット１００の基本構成と概ね同じであるため、異なる部分についてのみ説明を行なう。
【００５４】
図９は、実施形態２に従う、モータ本体３０およびバッテリ４０の状態に応じた誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルについて説明する図である。図９（ａ）は、モータ本体３０が駆動中であって、かつ、バッテリ４０が充電中でない場合の誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルである。図９（ａ）に示されるように、当該条件における誘導起電力Ｖｉｎは、周波数が１０ｋＨｚ以下の範囲にピーク周波数ｆｄを有する。
【００５５】
図９（ｂ）は、モータ本体３０が停止中であって、かつ、バッテリ４０が充電中である場合の誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルである。図９（ｂ）に示されるように、当該条件における誘導起電力Ｖｉｎは、周波数が２０ｋＨｚ以上の範囲にピーク周波数ｆｃを有する。
【００５６】
図９（ｃ）は、モータ本体３０が駆動中であって、かつ、バッテリ４０が充電中である場合の誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルである。図９（ｃ）に示されるように、当該条件における誘導起電力Ｖｉｎは、周波数が１０ｋＨｚ以下の範囲にピーク周波数ｆｄを、２０ｋＨｚ以上の範囲にピーク周波数ｆｃを有する。
【００５７】
実施形態２に従うモータユニット１００は、上記の特性を利用してモータ本体３０およびバッテリ４０の状態を判定する。より具体的には、実施形態２に従う制御部１０は、取得部１２が取得する単位期間あたりの誘導起電力Ｖｉｎに対してフーリエ変換処理を行い、ピーク周波数を算出する。単位期間は、一例として、ロータ３３の回転速度が安定した状態において、ロータ３３が少なくとも１８０°回転する期間であるとする。制御部１０は、当該ピーク周波数がどの周波数範囲に存在するかを判断することによって、モータ本体３０およびバッテリ４０の状態を判定する。一例として、制御部１０は、算出したピーク周波数が１０ｋＨｚ以下の周波数範囲に存在する場合はモータ本体３０が駆動中であると判定し、２０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下の周波数範囲に存在する場合はバッテリ４０が充電中であると判定する。
【００５８】
このとき、制御部１０は、判定の精度を高めるために、所定強度以上のピーク周波数のみを用いて判定してもよい。たとえば、制御部１０は、１０ｋＨｚ以下の範囲ではしきい値強度Ｉｔｈ１を超えるピーク周波数のみを判定に用い、２０ｋＨｚ以上の範囲ではしきい値強度Ｉｔｈ２を超えるピーク周波数のみを判定に用いる構成であってもよい。
【００５９】
上記によれば、実施形態２に従うモータユニット１００は、誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルに基づいて、モータ本体３０およびバッテリ４０の状態を判定することができる。
【００６０】
また、実施形態１に従う判定方法は、誘導起電力Ｖｉｎの最大電圧Ｖａｍｐに基づく。しかしながら、最大電圧Ｖａｍｐは、送電コイル２００と受電コイル５２との距離に依存して変動してしまう。この問題に対し、誘導起電力Ｖｉｎのピーク周波数は、当該距離に依存しない。したがって、実施形態２に従うモータユニットは、実施形態１に従うモータユニットよりも高精度にモータ本体３０およびバッテリ４０の状態を判定することができる。
【００６１】
以下、図１０を用いて、上記の一連の判定方法について説明する。図１０は、実施形態２に従うモータユニット１００の、モータ本体３０の動作状態およびバッテリ４０の充電状態の判定方法について説明するフローチャートである。なお、図７と同一符号を付している部分については同じであるため、その部分についての説明は繰り返さない。
【００６２】
図１０を参照して、ステップＳ５０において、制御部１０は取得部１２から受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎの波形を単位期間にわたって取得する。ステップＳ５２において、制御部１０は、取得した誘導起電力Ｖｉｎに対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform）処理を行い、誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルを算出する。
【００６３】
ステップS５４において、制御部１０は、誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルから、ピーク周波数を算出する。ステップＳ５６において、制御部１０は、第１の周波数範囲にピーク周波数が存在するか否かを判断する。第１の周波数範囲は、一例として、２０ｋＨｚ以上１０００ｋＨｚ以下とする。すなわち、制御部１０は、ステップＳ５６において、バッテリ４０が充電中であるか否かを判断する。制御部１０は、第１の周波数範囲にピーク周波数が存在しないと判断した場合（ステップＳ５６においてＮＯ）、処理をステップＳ５８に進める。一方、制御部１０は、第１の周波数範囲にピーク周波数が存在すると判断した場合（ステップＳ５６においてＹＥＳ）、処理をステップＳ６０に進める。
【００６４】
ステップＳ５８およびＳ６０において、制御部１０は、第２の周波数範囲にピーク周波数が存在するか否かを判断する。第２の周波数範囲は、一例として、０Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下とする。すなわち、制御部１０は、ステップＳ５８およびＳ６０において、モータ本体３０が駆動中であるか否かを判断する。
【００６５】
制御部１０は、ステップＳ５８において、第２の周波数範囲にピーク周波数が存在しないと判断した場合、モータ本体３０が停止中であって、かつ、バッテリ４０が充電中ではないと判断する（ステップＳ６２）。一方、制御部１０は、ステップＳ５８において、第２の周波数範囲にピーク周波数が存在すると判断した場合、モータ本体３０が駆動中であって、かつ、バッテリ４０が充電中ではないと判断する（ステップＳ６４）。
【００６６】
制御部１０は、ステップＳ６０において、第２の周波数範囲にピーク周波数が存在しないと判断した場合、モータ本体３０が停止中であって、かつ、バッテリ４０が充電中であると判断する（ステップＳ６６）。一方、制御部１０は、ステップＳ６０において、第２の周波数範囲にピーク周波数が存在すると判断した場合、モータ本体３０が駆動中であって、かつ、バッテリ４０が充電中であると判断する（ステップＳ６８）。
【００６７】
上記によれば、実施形態２に従うモータユニット１００は、誘導起電力Ｖｉｎの周波数スペクトルに基づいて、モータ本体３０およびバッテリ４０の状態を判定することができる。
【００６８】
［Ｄ．実施形態３］
実施形態１に従うモータユニットは、誘導起電力Ｖｉｎの最大電圧Ｖａｍｐに基づいて、モータ本体３０が駆動しているか否かの判定を行なう構成であった。実施形態３に従うモータユニットは、当該最大電圧Ｖａｍｐに基づいて、単にモータ本体３０が駆動しているか否かを判定するだけでなく、モータ本体３０のより詳しい動作状態を推測する。なお、実施形態３に従うモータユニット１００の基本構成は、実施形態１に従うモータユニット１００の基本構成と概ね同じであるため、異なる部分についてのみ説明を行なう。
【００６９】
図１１は、実施形態３に従うモータユニット１００の制御概要を説明する図である。図１１を参照して、モータ本体３０を構成する回転軸３２には、負荷４００が接続されている。負荷４００の負荷トルクが大きくなるほど、モータ本体３０の駆動コイル３４に流れる電流も大きくなる。この特性を利用して、実施形態３に従う制御部１０は、誘導起電力Ｖｉｎの最大電圧Ｖａｍｐの大きさから、負荷４００の大きさを推測する。
【００７０】
より精度の高い負荷４００の推測を行なう場合、制御部１０の記憶部には、予め計測された誘導起電力Ｖｉｎの振幅（最大電圧Ｖａｍｐ）と回転軸に接続される負荷の大きさとの関係を表すテーブルまたは数式を格納される。制御部１０は、取得部１２が取得する誘導起電力Ｖｉｎから最大電圧Ｖａｍｐを算出するとともに、上記関係から負荷４００の大きさを推測することができる。上記によれば、実施形態３に従うモータユニット１００は、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎの大きさに基づいて、モータ本体３０に接続される負荷の大きさを推測することができる。
【００７１】
［Ｅ．変形例１−ブラシレスモータ］
上記の実施形態１〜３に従うモータユニット１００は、モータ本体３０としてブラシモータを搭載する構成であったが、これに限られない。変形例１に従うモータユニット１００Ａは、モータ本体３０の代わりに、ブラシレスモータであるモータ本体３０Ａを搭載する。このような構成であっても、変形例１に従うモータユニット１００Ａは、上記実施形態１〜３と同様の制御を行なうことができる。なお、変形例１に従うモータユニット１００Ａの基本構成は、実施形態１に従うモータユニット１００の基本構成と概ね同じであるため、異なる部分についてのみ説明を行なう。
【００７２】
図１２は、変形例１に従うモータ本体３０Ａと受電コイル５２との関係を説明する図である。ブラシレスモータであるモータ本体３０Ａは、回転軸３２と、２極のロータ３３Ａと、磁石３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃと、各磁石に配置される駆動コイル３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃと、インバータ回路３８と、ロータ３３の周りに１２０°間隔で配置されるホール素子３９とを有する。
【００７３】
受電コイル５２は、駆動コイル３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃの中から任意の駆動コイルに対応するように配置される。図１２に示される例では、受電コイル５２は、駆動コイル３４Ａに対応するように配置される。より具体的には、受電コイル５２は、当該受電コイル５２の軸が、モータ本体３０Ａの回転軸３２と直交するように配置される。また、受電コイル５２は、モータ本体３０Ａと当接または近接して配置される。
【００７４】
当該構成において、変形例１に従う受電コイル５２は、モータ本体３０Ａが駆動すると、換言すれば、駆動コイル３４Ａに電流が流れると、駆動コイル３４Ａの作用により誘導起電力Ｖｉｎが生じる。図１２に示される例において、モータ本体３０Ａは、三相モータである。したがって、インバータ回路３８は、ホール素子３９から入力されるロータ３３Ａの位置情報に基づいて、ロータ３３Ａが１２０°回転するごとに、駆動コイル３４Ａに正の所定電流を印加する状態と、負の所定電流を印加する状態と、電流を印加しない状態とを切り替える。受電コイル５２に誘起される誘導起電Ｖｉｎは、上記の駆動コイル３４Ａに印加される電流に応じて変化する。
【００７５】
変形例１に従う制御部１０は、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎをモニタすることで、当該誘導起電力Ｖｉｎの周波数、およびロータ３３Ａが３６０°回転する位相期間における誘導起電力Ｖｉｎの最大電圧Ｖａｍｐを算出する。制御部１０は、これらのパラメータに基づいて、実施形態１〜３と同様に、モータ本体３０Ａの動作状態およびバッテリ４０の充電状態を判定することができる。なお、制御部１０は、ロータ３３Ａの回転速度が安定した状態において、上記の周波数および最大電圧Ｖａｍｐを算出することが好ましい。
【００７６】
上記によれば、変形例１に従うモータユニット１００Ａは、モータがブラシレスモータであっても、当該ブラシレスモータの動作状態、およびバッテリの充電状態を判定することができる。なお、変形例１に従うモータユニット１００Ａは、ホール素子３９を用いてモータ本体３０Ａの動作状態を把握することもできるが、問題が生じる可能性がある。ホール素子３９は、高温（たとえば、１２０℃以上）環境下では正常に作動しない。また、ホール素子３９が曝される環境温度は、しばしば１２０℃を超える。そのため、変形例１に従うモータユニット１００Ａは、受電コイル５２に誘起される誘導起電力Ｖｉｎを用いることによって、高温環境下であってもモータ本体３０Ａの動作状態を正確に判定することができる。
【００７７】
［Ｆ．変形例２−誘導電流］
上記の実施形態１〜３に従うモータユニット１００は、受電コイル５２に誘起される電圧である誘導起電力Ｖｉｎに基づいて、モータ本体３０およびバッテリ４０の状態を判定する構成であった。他の局面において、モータユニット１００は、誘導起電力Ｖｉｎに代えて、受電コイル５２に誘起される誘導電流Ｉｉｎをモニタしてもよい。この場合、モータユニット１００は、誘導電流Ｉｉｎの波形から、当該誘導電流Ｉｉｎの周波数、および所定の位相期間における最大電流値Ｉａｍｐを算出し、実施形態１〜３と同様に、モータ本体３０の動作状態およびバッテリ４０の充電状態を判定する。
【００７８】
［Ｇ．まとめ］
実施形態に従うモータユニットは、受電コイルに誘起される誘導起電力または誘導電流に基づいて、換言すれば、受電コイルに誘起される電力の情報に基づいて、モータの動作状態およびバッテリの充電状態を判定することができる。
【００７９】
また、実施形態に従うモータユニットは、外部から電力供給を受けるために配置される受電コイルを利用して、上記の判定を行なうことができる。したがって、実施形態に従うモータユニットは、付加的なデバイスを搭載することなく、モータユニットの状態を判定することができるため、当該ユニットの大型化を抑制することができる。
【００８０】
また、実施形態に従うモータユニットは、付加的なユニットを搭載しないため、生産コストを抑えることができる。さらに、実施形態に従うモータユニットは、特殊なモータ（たとえば、ロータにＲＦＩＤタグを埋め込むモータ）を用いる必要はなく、一般的なモータを用いることができるため、汎用性が高い。
【００８１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。また、上記の実施形態１〜３、変形例１および変形例２は、任意の組み合わせが可能と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８２】
１０  制御部、１２  取得部、３０，３０Ａ  モータ本体、３２  回転軸、３３，３３Ａ  ロータ、３４，３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ  駆動コイル、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ，３５ａ  磁石、３７  ブラシ、３８  インバータ回路、４０  バッテリ、５２  受電コイル、５４  給電制御部、６０  モータ状態監視モジュール、７０  筐体、１００，１００Ａ，１００Ｘ  モータユニット、２００  送電コイル。
【図１】
2017158235.tif 000003
【図２】
2017158235.tif 000004
【図３】
2017158235.tif 000005
【図４】
2017158235.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2017158235.tif 000009
【図８】
2017158235.tif 000010
【図９】
2017158235.tif 000011
【図１０】
2017158235.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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