(57)【要約】【課題】本発明は、従来とは異なる信号に基づいて、電磁コイルを励磁することのできる技術を提供することを目的とする。【解決手段】  電動装置が備えるセンサ用コイル４０は、（ｉ）磁石列の永久磁石間の境界がＮ極からＳ極の順序でセンサ用コイル４０上を通過する場合には、センサ信号ＳＳＡとして、極性が異なる２つの凸状の波形を１組とする第１の波形Ｗ１を出力し、（ｉｉ）磁石列の永久磁石間の境界がＳ極からＮ極の順序でセンサ用コイル上を通過する場合には、センサ信号として、第１の波形とは極性が逆の順序となる２つの凸状の波形を１組とする第２の波形Ｗ２を出力する。駆動制御部は、センサ信号の第１と第２の波形Ｗ１，Ｗ２に基づいて電磁コイルを励磁させる期間を制御する。【選択図】図４
2009100525.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動装置であって、
複数の電磁コイルを有するコイル列と、
複数の永久磁石を有する磁石列と、
前記コイル列と前記磁石列との相対位置を検出するセンサ用コイルと、
前記センサ用コイルからのセンサ信号に基づいて、前記電磁コイルを駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記センサ用コイルは、
（ｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＮ極からＳ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、極性が異なる２つの凸状の波形を１組とする第１の波形を出力し、
（ｉｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＳ極からＮ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、前記第１の波形とは極性が逆の順序となる２つの凸状の波形を１組とする第２の波形を出力し、
前記駆動制御部は、前記センサ信号の前記第１と第２の波形に基づいて前記電磁コイルを励磁させる期間を制御する、電動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動装置であって、
前記駆動制御部は、前記センサ信号の第１の波形から第２の波形までの期間を、前記電磁コイルを第１の向きに励磁する第１励磁期間として定め、前記センサ信号の第２の波形から第１の波形までの期間を、前記電磁コイルを前記第１の向きとは逆の第２の向きに励磁する第２励磁期間として定める、電動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電動装置であって、
前記センサ信号の前記第１と第２の波形の振幅は、前記コイル列と前記磁石列の相対速度の上昇に伴って増大し、
前記駆動制御部は、前記センサ信号の前記第１と第２の波形の振幅が所定の閾値を超えるまでは前記電磁コイルを励磁せず、前記センサ信号の振幅が所定の閾値を超えたときに前記電磁コイルの励磁を開始する、電動装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電動装置を備える、移動体。
【請求項５】
複数の電磁コイルを有するコイル列と、複数の永久磁石を有する磁石列と、前記コイル列と前記磁石列との相対位置を検出するセンサ用コイルと、を備える電動装置を駆動するための回路であって、
前記センサ用コイルは、
（ｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＮ極からＳ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、極性が異なる２つの凸状の波形を１組とする第１の波形を出力し、
（ｉｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＳ極からＮ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、前記第１の波形とは極性が逆の順序となる２つの凸状の波形を１組とする第２の波形を出力し、
前記回路は、前記センサ信号の前記第１と第２の波形に基づいて前記電磁コイルを励磁させる期間を制御する、回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動装置および電動装置を駆動するための回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動機に関する技術としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２９８９８２号公報
【０００４】
この従来技術では、ホールＩＣからの信号に基づいて電磁コイルを励磁するための駆動信号を生成していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来とは異なる信号に基づいて、電磁コイルを励磁す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、以下の形態または適用例を取ることが可能である。
【０００７】
[適用例１]
電動装置であって、
複数の電磁コイルを有するコイル列と、
複数の永久磁石を有する磁石列と、
前記コイル列と前記磁石列との相対位置を検出するセンサ用コイルと、
前記センサ用コイルからのセンサ信号に基づいて、前記電磁コイルを駆動する駆動制御部と、
を備え、
前記センサ用コイルは、
（ｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＮ極からＳ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、極性が異なる２つの凸状の波形を１組とする第１の波形を出力し、
（ｉｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＳ極からＮ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、前記第１の波形とは極性が逆の順序となる２つの凸状の波形を１組とする第２の波形を出力し、
前記駆動制御部は、前記センサ信号の前記第１と第２の波形に基づいて前記電磁コイルを励磁させる期間を制御する、電動装置。
【０００８】
適用例１の電動装置によれば、センサ信号として第１の波形と第２の波形を出力するセンサ用コイルを用いているので、従来とは異なる信号に基づいて、電磁コイルを励磁することができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１記載の電動装置であって、
前記駆動制御部は、前記センサ信号の第１の波形から第２の波形までの期間を、前記電磁コイルを第１の向きに励磁する第１励磁期間として定め、前記センサ信号の第２の波形から第１の波形までの期間を、前記電磁コイルを前記第１の向きとは逆の第２の向きに励磁する第２励磁期間として定める、電動装置。
【００１０】
適用例２の電動装置によれば、第１の波形から第２の波形までの期間と、第２の波形から第１の波形までの期間とを区別するので、電磁コイルの励磁方向を定めることができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例１または２記載の電動装置であって、
前記センサ信号の前記第１と第２の波形の振幅は、前記コイル列と前記磁石列の相対速度の上昇に伴って増大し、
前記駆動制御部は、前記センサ信号の前記第１と第２の波形の振幅が所定の閾値を超えるまでは前記電磁コイルを励磁せず、前記センサ信号の振幅が所定の閾値を超えたときに前記電磁コイルの励磁を開始する、電動装置。
【００１２】
センサ信号の振幅は、コイル列と磁石列との相対速度が大きくなるほど、大きくなる。したがって、適用例３の電動装置によれば、コイル列と磁石列との相対速度が所定の閾値を超えるまでは、電磁コイルを励磁せず、コイル列と磁石列との相対速度が所定の閾値を超えた時点から、電磁コイルの励磁を開始することができる。
【００１３】
[適用例４]
適用例１ないし請求項３のいずれかに記載の電動装置を備える、移動体。
【００１４】
[適用例５]
複数の電磁コイルを有するコイル列と、複数の永久磁石を有する磁石列と、前記コイル列と前記磁石列との相対位置を検出するセンサ用コイルと、を備える電動装置を駆動するための回路であって、
前記センサ用コイルは、
（ｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＮ極からＳ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、極性が異なる２つの凸状の波形を１組とする第１の波形を出力し、
（ｉｉ）前記磁石列の永久磁石間の境界がＳ極からＮ極の順序で前記センサ用コイル上を通過する場合には、前記センサ信号として、前記第１の波形とは極性が逆の順序となる２つの凸状の波形を１組とする第２の波形を出力し、
前記回路は、前記センサ信号の前記第１と第２の波形に基づいて前記電磁コイルを励磁させる期間を制御する、回路。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電動機の駆動制御方法および装置、駆動制御システム、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、それらを用いたアクチュエータや電子機器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】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．アシストモータの構成と動作の概要：
Ａ２．駆動制御部および電力回生回路の概要：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：
【００１７】
Ａ．第１実施例
Ａ１．アシストモータの構成と動作の概要：
図１は、本発明の一実施例としてのアシストモータシステムの構成を示すブロック図である。このアシストモータシステムは、モータ本体１００と、制御回路２００と、電源ユニット６００と、モード切替スイッチ５４０とを備えている。モータ本体１００は、４つの電磁コイル１１〜１４と、４つの永久磁石３１〜３４と、センサ用コイル４０とを備えている。モータ本体１００の構成の詳細については後述する。制御回路２００は、駆動制御部４００と、ドライバ回路２５０と、回生制御部５１０と、電力回生回路５２０と、ＣＰＵ５３０とを備えている。
【００１８】
このアシストモータシステムは、正転アシストモードと、逆転アシストモードと、電力回生モードと、の３つのモードを実行することができる。モード切替スイッチ５４０は、この３つのモードを切り替えるためのスイッチである。
【００１９】
正転アシストモードとは、モータ本体１００を外部の力によって回転させ（回転方向は任意）、回転速度が所定の閾値を超えた場合に、モータを正転方向に回転させる駆動力を発生させるモードである。この「正転方向」とは、予め定められた方向であり、最初に外部の力によって回転させた方向と、この「正転方向」とが異なっていても、正転アシストモードでは、常に「正転方向」にモータを回転させる駆動力を発生させる。たとえば、外部の力によって正転方向にモータを回転させた場合には、最初に回転させた方向（正転方向）と、モータが駆動力を発生させる方向（正転方向）とが一致するため、モータの回転は加速する。すなわち、モータの正転方向の駆動力によって、正転方向の回転がアシストされることとなる。逆に、外部の力によって正転方向とは逆の向き（逆転方向）にモータを回転させた場合には、最初に回転させた方向（逆転方向）と、モータが駆動力を発生させる方向（正転方向）とが反対であるため、モータの回転は減速する。すなわち、モータの正転方向の駆動力によって、逆転方向の回転にブレーキがかかることとなる。
【００２０】
逆転アシストモードとは、モータ本体１００を外部の力によって回転させ（回転方向は任意）、回転速度が所定の閾値を超えた場合に、モータを逆転方向に回転させる駆動力を発生させるモードである。この「逆転方向」とは、予め定められた正転方向とは反対の方向であり、最初に外部の力によって回転させた方向と、この「逆転方向」とが異なっていても、逆転アシストモードでは、常に「逆転方向」にモータを回転させる駆動力を発生させる。
【００２１】
電力回生モードとは、モータが外部の力等によって回転している場合、すなわち、電気的に駆動力を与えずにモータが回転している場合に、電磁コイル１１〜１４から誘起される電力を回生することができるモードである。このモードでは、電力を回生するとともに、回転しているモータにはブレーキがかかることとなる。なお、モータの回転は、正転であっても、逆転であっても、電力を回生し、回転にブレーキをかけることが可能である。
【００２２】
センサ用コイル４０は、センサとして機能するコイルであり、電磁コイル１１〜１４と、永久磁石３１〜３４との相対位置（すなわちモータの位相）を検出し、センサ信号ＳＳＡを出力する。駆動制御部４００は、モード切替スイッチ５４０によって正転アシストモードまたは逆転アシストモードが選択された場合に、センサ信号ＳＳＡに基づいて、駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成する。駆動信号ＤＲＶＡ１，２は、ドライバ回路２５０に供給される。ドライバ回路２５０は、駆動信号ＤＲＶＡ１，２に基づいて、４つの電磁コイル１１〜１４を励磁し、モータ本体１００を駆動させる。回生制御部５１０は、モード切替スイッチ５４０によって電力回生モードが選択された場合に、電力回生回路５２０を機能させる。電力回生回路５２０は、電力回生モード時に、電磁コイル１１〜１４から回生された電力を電源ユニット６００に供給する。ＣＰＵ５３０は、バス５３２によって、駆動制御部４００と、回生制御部５１０とに接続されており、各種の設定値を書き換えることが可能である。電源ユニット６００は、電源電圧ＶＣＣを生成し、電源電圧ＶＣＣを制御回路２００に供給する。また、電源ユニット６００は、電力回生回路５２０からの回生電力を受けて、内部に備える蓄電器の充電を行うこともできる。なお、回生制御部５１０と、電力回生回路５２０と、電源ユニット６００内の蓄電器は、省略可能である。
【００２３】
図２（Ａ），（Ｂ）は、アシストモータシステムに利用される単相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１００は、外形がそれぞれ略円筒状のステータ部１０及びロータ部３０を有している。ステータ部１０は、略十字状に配列された４つの電磁コイル１１〜１４と、２つの電磁コイル１１，１２の間の中央の位置に配置されたセンサ用コイル４０とを有している。センサ用コイル４０は、ロータ部３０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。各電磁コイル１１〜１４には、磁性体材料で形成された磁気ヨーク２０が設けられている。電磁コイル１１〜１４とセンサ用コイル４０は、回路基板１２０（図２（Ｂ））の上に固定されている。図１で示した制御回路２００は、この回路基板１２０上に設けられていることとしても良く、また、モータ本体１００とは切り離された別の部材に設けられていることとしても良い。回路基板１２０は、ケーシング１０２に固定されている。なお、ケーシング１０２の蓋は図示が省略されている。
【００２４】
ロータ部３０は、４つの永久磁石３１〜３４を有しており、ロータ部３０の中心軸が回転軸１１２を構成している。この回転軸１１２は、軸受け部１１４（図２（Ｂ））で支持されている。各磁石の磁化方向は、回転軸１１２から外側に放射状に向かう方向である。磁石３１〜３４の外周には、磁気ヨーク３６が設けられている。但し、この磁気ヨーク３６は省略してもよい。
【００２５】
図３は、センサ用コイル４０の構成を示す説明図である。図３（Ａ）は、センサ用コイル４０の回路構成を示している。センサ用コイル４０は、コイル部４１と、アンプ部４２とを備えている。アンプ部４２は、コイル部４１内に流れる電流を増幅し、コイルセンサ信号ＳＳＡを出力する。図３（Ｂ）は、コイル部４１を上から見た図であり、図３（Ｃ）は、コイル部４１を斜めから見た図である。図３（Ｃ）で示すように、コイル部４１を多段に巻けば、それぞれの段のコイルにおいて流れる誘導電流の向きを同じにすることができる。
【００２６】
図４は、磁石列とコイル列の位置関係、及び、電磁コイルの逆起電力波形とセンサ信号ＳＳＡとの関係を示す説明図である。図４（Ａ）に示すように、４つの磁石３１〜３４は、一定の磁極ピッチＰｍで配置されており、隣接する磁石同士が逆方向に磁化されている。また、電磁コイル１１〜１４は、一定のピッチＰｃで配置されており、隣接する電磁コイル同士が逆向きに励磁される。この例では、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３０が磁極ピッチＰｍの２倍だけ移動する。
【００２７】
４つの電磁コイル１１〜１４のうち、第１、第３の電磁コイル１１，１３は同一の位相の駆動信号で駆動され、第２、第４の電磁コイル１２，１４は第１及び第３の電磁コイル１１，１３の駆動信号から１８０度（＝π）だけ位相がずれた駆動信号で駆動される。通常の二相駆動は２つの相（Ａ相とＢ相）の駆動信号の位相が９０度（＝π／２）ずれており、位相のずれが１８０度（＝π）の場合は無い。また、モータの駆動方法において、位相が１８０度（＝π）ずれた２つの駆動信号は、同じ位相であると見なされる場合が多い。従って、本実施例のモータにおける駆動方法は、単相駆動であると考えることができる。
【００２８】
図４（Ｂ）は、電磁コイルに発生する逆起電力の波形の例を示しており、図４（Ｃ）は、センサ用コイル４０の出力であるセンサ信号ＳＳＡの波形の例を示している。ロータ部３０が回転を始めると、永久磁石３１〜３４によって生じている磁界は、その磁力線の形状を維持したまま水平移動する。すると、センサ用コイル４０のコイル部４１（図３）を通過する磁束の強さが変化する。センサ用コイル４０は、コイル部４１を通過する磁束の強さが変化することによって起電力を発生し、センサ信号ＳＳＡを出力する。
【００２９】
例えば、永久磁石３２と永久磁石３１との境界がセンサ用コイル４０上を通過する場合、すなわち、センサ用コイル４０上を通過する磁極がＳ極からＮ極へと変化する場合では、センサ用コイル４０は、センサ信号ＳＳＡとして、磁石の境界線を挟んで＋側に凸のパルス状の波形と、−側に凸のパルス状の波形と、を連続して出力する。以下では、この＋側に凸のパルス状の波形と、−側に凸のパルス状の波形とを、この順序で一組とする波形を、「第１の波形Ｗ１」とも呼ぶ。
【００３０】
逆に、永久磁石３３と永久磁石３２との境界がセンサ用コイル４０上を通過する場合、すなわち、センサ用コイル４０上を通過する磁極がＮ極からＳ極へと変化する場合では、センサ用コイル４０は、センサ信号ＳＳＡとして、磁石の境界線を挟んで−側に凸のパルス状の波形と、＋側に凸のパルス状の波形と、を連続して出力する。以下では、この−側に凸のパルス状の波形と、＋側に凸のパルス状の波形とを、この順序で一組とする波形を、「第２の波形Ｗ２」とも呼ぶ。
【００３１】
また、＋側又は−側に凸のパルス状の波形は、モータの回転速度が大きくなるにしたがって振幅が大きくなり、逆にモータの回転速度が小さくなるにしたがって振幅が小さくなる。
【００３２】
なお、この＋側に凸のパルス状の波形と、−側に凸のパルス状の波形の発生する順序は、モータの回転方向には依存せず、センサ用コイル４０上を通過する磁極の順序のみに依存する。つまり、モータが正転している場合であっても、モータが逆転している場合であっても、センサ用コイル４０上を通過する磁極は、Ｓ極→Ｎ極→Ｓ極→Ｎ極…のように、Ｓ極とＮ極とが交互になるため、センサ信号ＳＳＡの波形としては正転時と逆転時とで同じとなる。
【００３３】
各永久磁石３１〜３４のＮ極またはＳ極である部分（すなわち、Ｎ極とＳ極との境界以外の部分）がセンサ用コイル４０上を通過する場合では、センサ用コイル４０は、センサ信号ＳＳＡとして、上述したようなパルス状の波形を出力しない。これは、センサ用コイル４０は永久磁石３１〜３４に対して十分に小さいため、Ｎ極とＳ極との境界以外ではセンサ用コイル４０内を通過する磁束は変化しないためであると考えられる。なお、モータの停止時には、停止位置にかかわらず、センサ信号ＳＳＡの出力はゼロとなる。
【００３４】
図４（Ｄ）は、駆動制御部４００の出力である駆動信号ＤＲＶＡ１，２の信号を示している。本実施例では、センサ信号ＳＳＡに基づいて駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成し、電磁コイル１１〜１４を励磁する。駆動信号ＤＲＶＡ１，２のデューティ比は、モータの回転速度に応じて任意に設定することが可能である。たとえば、モータの駆動開始時にはデューティ比を大きくし、モータの回転速度が大きくなるにしたがって、デューティ比を小さくなるように設定することが可能である。センサ信号ＳＳＡから駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成する方法については後述する。
【００３５】
図５は、ドライバ回路２５０の内部構成を示している。このドライバ回路２５０は、Ｈ型ブリッジ回路を構成する４つのトランジスタ２５１〜２５４を有している。上アームのトランジスタ２５１，２５３のゲート電極の前には、レベルシフタ３１１，３１３が設けられている。但し、レベルシフタは省略してもよい。ドライバ回路２５０のトランジスタ２５１〜２５４は、スイッチング信号として機能する駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じてオン／オフし、この結果、電磁コイル１１〜１４に供給電圧ＶＳＵＰが断続的に供給される。符号ＩＡ１，ＩＡ２が付された矢印は、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２がＨレベルの場合に流れる電流方向をそれぞれ示している。なお、ドライバ回路としては、複数のスイッチング素子で構成される種々の構成の回路を利用可能である。
【００３６】
図６は、ドライバ回路の他の構成を示す説明図である。このドライバ回路は、１組目の電磁コイル１１，１３用の第１のブリッジ回路２５０ａと、２組目の電磁コイル１２，１４用の第２のブリッジ回路２５０ｂとで構成されている。ブリッジ回路２５０ａ，２５０ｂのそれぞれは、４つのトランジスタ２５１〜２５４で構成されており、この構成は図５に示したものと同じである。トランジスタ２５１，２５３のゲート電極の前には、レベルシフタ３１１，３１３が設けられている。但し、レベルシフタは省略してもよい。第１のブリッジ回路２５０ａにおいては、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１がトランジスタ２５１，２５４に供給されており、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２が他のトランジスタ２５２，２５３に供給されている。一方、第２のブリッジ回路２５０ｂにおいては、逆に、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１がトランジスタ２５２，２５３に供給されており、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２がトランジスタ２５１，２５４に供給されている。この結果、図６（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１のブリッジ回路２５０ａと第２のブリッジ回路２５０ｂでは動作が逆転している。従って、第１のブリッジ回路２５０ａで駆動される１組目のコイル１１，１３と、第２のブリッジ回路２５０ｂで駆動される２組目のコイル１２，１４とは、互いに位相がπだけずれている。一方、図５に示した回路では、１組目のコイル１１，１３の巻き方と、２組目のコイル１２，１４の巻き方が逆になっており、この巻き方によって２組の位相をπだけずらしている。このように、図５のドライバ回路と図６のドライバ回路のいずれを用いても、２組のコイルの位相が互いにπだけずれる点は同じであり、両者共に１相モータを実現している点に変わりは無い。
【００３７】
図７は、電磁コイル１１〜１４の各種の巻き方を示している。この例のように、巻き方を工夫することによって、隣接するコイルを常に逆方向に励磁させることが可能である。
【００３８】
図８（Ａ）〜（Ｆ）は、モータ本体１００の正転アシストモードの場合における正転動作の様子を示す説明図である。図８（Ａ）は、アシスト開始時の磁石３１〜３４と電磁コイル１１〜１４の位置関係を示している。外部からの力によってモータを回転させ、モータが所定の回転速度を超えると、図８（Ａ）の状態（位相＝α）から電磁コイル１１〜１４の励磁が開始される。すると、破線の矢印で示す反発力が電磁コイル１１〜１４と磁石３１〜３４との間に生じる。この結果、ロータ部３０に対して、正転方向（図の右方向）のアシストが開始される。ここで、「位相＝α」とは、０ではない微小な電気角であり、センサ信号ＳＳＡにおけるパルス状の波形１つ分の幅に相当する電気角である。
【００３９】
図８（Ｂ）は、位相がπ／２まで進んだ状態を示している。この状態では、吸引力（実線の矢印）と反発力（破線の矢印）とが発生して、大きな駆動力が発生する。図８（Ｃ）は、位相が（π−α）まで進んだ状態を示している。位相が（π−α）となるまでは、コイルの励磁は継続し、位相が（π−α）となった直後のタイミングでコイルは非励磁となり、位相が（π＋α）となるタイミングまでコイルは非励磁のままとなる。この間、モータは惰性で回転を継続し、図８（Ｄ）の状態となる。
【００４０】
図８（Ｄ）は、位相が（π＋α）まで進んだ状態を示している。位相が（π＋α）となると、コイルは図８（Ｃ）までとは逆向きに励磁され、破線の矢印で示す反発力が発生する。図８（Ｅ）は、位相が３π／２まで進んだ状態を示している。位相が３π／２まで進むと、吸引力（実線の矢印）と反発力（破線の矢印）とが発生して、大きな駆動力が発生する。
【００４１】
図８（Ｆ）は、位相が（２π−α）まで進んだ状態を示している。位相が（２π−α）となった直後のタイミングでコイルは非励磁となり、位相が再びαとなるタイミングまでコイルは非励磁のままとなる。この間、モータは惰性で回転を継続し、再び図８（Ａ）の状態となる。このように、図８（Ａ）ないし（Ｆ）までの動作を繰り返すことによって、モータは外部の力をアシストして回転する。
【００４２】
図９（Ａ）〜（Ｆ）は、モータ本体１００のモータ本体１００の逆転アシストモードの場合における逆転動作の様子を示す説明図である。図８で示した正転アシストモードの場合における正転動作の様子との違いは、各電磁コイル１１〜１４の励磁の向きが正転時とは逆になっている点だけであり、センサ用コイル４０上を通過するＳ極とＮ極との順序、および、センサ信号ＳＳＡの波形（図示せず）は同じとなる。つまり、逆転アシストモードを実現するには、正転アシストモード時における第１駆動信号ＤＲＶＡ１を、逆転アシストモード時における第２駆動信号ＤＲＶＡ２とし、正転アシストモード時における第２駆動信号ＤＲＶＡ２を、逆転アシストモード時における第１駆動信号ＤＲＶＡ１とすればよい。
【００４３】
また、正転アシストモード時に、外力によってモータを逆転させると、正転方向にアシストするための駆動信号ＤＲＶＡ１，２が発生するため、モータの逆転方向の回転にブレーキがかかることとなる。逆に、逆転アシストモード時に、外力によってモータを正転させると、逆転方向にアシストするための駆動信号ＤＲＶＡ１，２が発生するため、モータの正転方向の回転にブレーキがかかることとなる。
【００４４】
Ａ２．駆動制御部および電力回生回路の概要：
図１０は、駆動制御部４００の内部構成を示すブロック図である。この駆動制御部４００は、センサ信号比較部４１０と、駆動波形生成部４３０と、ＰＷＭ制御部４５０と、正逆方向設定部４７０と、リセット信号生成部４８０と、速度信号生成部４９０と、クロック信号生成部５００とを備えている。
【００４５】
センサ信号比較部４１０は、センサ信号ＳＳＡを入力とし、センサ信号ＳＳＡの振幅が所定の閾値を超えている期間をＨレベルとする基礎信号ＢＳ１，２を生成する。この基礎信号ＢＳ１，２は、駆動信号ＤＲＶＡ１，２の基礎となる信号である。そのため、センサ信号ＳＳＡの振幅が所定の閾値を超えるまでは電磁コイル１１〜１４を励磁せず、センサ信号ＳＳＡの振幅が所定の閾値を超えたときには電磁コイル１１〜１４の励磁を開始することとなる。リセット信号生成部４８０は、電源電圧ＶＣＣを入力とし、電源投入から所定の期間経過後にＨレベルを示すリセット信号ＲＳＴを生成する。リセット信号ＲＳＴは、駆動波形生成部４３０に供給される。
【００４６】
駆動波形生成部４３０は、基礎信号ＢＳ１，２と、リセット信号ＲＳＴと、電源電圧ＶＣＣと、に基づいて、第１と第２の波形信号ＰＰ，ＭＰを生成する。この第１と第２の波形信号ＰＰ，ＭＰは、ＰＷＭ制御部４５０に入力される。また、第１波形信号ＰＰは、速度信号生成部４９０にも入力される。速度信号生成部４９０は、第１波形信号ＰＰと、クロック信号ＣＬＫとに基づいて、モータの回転速度を示す速度値ＳＰを生成する。なお、速度信号生成部４９０は、第１波形信号ＰＰの代わりに、第２波形信号ＭＰを入力として、速度値ＳＰを生成することもできる。
【００４７】
ＰＷＭ制御部４５０は、第１と第２の波形信号ＰＰ，ＭＰに対して、速度値ＳＰに応じたＰＷＭ制御を行い、第１と第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を生成する。正逆方向設定部４７０は、第１と第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を入力とし、モード切替スイッチ５４０によって定められたアシスト方向に駆動するための駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成する。
【００４８】
以上のようにして得られた駆動信号ＤＲＶＡ１，２を、図５または図６で示したドライバ回路２５０に供給することによって、電磁コイル１１〜１４を励磁し、モータを駆動させる。
【００４９】
図１１（Ａ）は、センサ信号比較部４１０の内部構成を示すブロック図であり、図１１（Ｂ）は、各種信号の動作を示すタイミングチャートである。センサ信号比較部４１０は、上位比較値記憶部４１１と、下位比較値記憶部４１２と、２つのＤＡコンバータ４１３，４１４と、２つの比較器４１５，４１６とを備えている。
【００５０】
２つの比較値記憶部４１１，４１２に記憶されている比較値ＵＣ，ＤＣは、ＤＡコンバータ４１３，４１４によってアナログ値に変換され、比較器４１５，４１６に供給される。第１の比較器４１５は、センサ信号ＳＳＡと、上位比較値ＵＣとを比較するとともに、センサ信号ＳＳＡの値が上位比較値ＵＣよりも大きい期間では、基礎信号ＢＳ１をＨレベルとして出力する。第２の比較器４１６は、センサ信号ＳＳＡと、下位比較値ＤＣとを比較し、センサ信号ＳＳＡの値が下位比較値ＤＣよりも小さい期間では、基礎信号ＢＳ１をＨレベルとして出力する。なお、ＣＰＵ５３０によって、上位比較値ＵＣと下位比較値ＤＣの値を、任意の値に書き換えることも可能である。
【００５１】
図１２は、駆動波形生成部４３０の内部構成を示す回路図である。駆動波形生成部４３０は、４つのＤ−フリップフロップ（以下、「ＤＦＦ」とも呼ぶ。）４３１〜４３４と、ＡＮＤゲート４３５と、インバータ４３６と、ＮＯＲゲート４３７とを備えている。
【００５２】
第１のＤＦＦ４３１のＤ入力端子には、電源電圧ＶＣＣが供給されており、クロック入力端子には基礎信号ＢＳ１が供給され、クリア端子にはＮＯＲゲート４３７の出力Ｑ４３７が供給されている。第２のＤＦＦ４３２のＤ入力端子には、ＤＦＦ４３１の出力Ｑ４３１が供給されており、クロック入力端子には基礎信号ＢＳ２が供給され、クリア端子にはリセット信号ＲＳＴが供給されている。第２のＤＦＦ４３２の出力は、第１波形信号ＰＰとしてＰＷＭ制御部４５０と速度信号生成部４９０に供給される（図１０）。
【００５３】
第３のＤＦＦ４３３のＤ入力端子には、電源電圧ＶＣＣが供給されており、クロック入力端子には基礎信号ＢＳ２が供給され、クリア端子にはＮＯＲゲート４３７の出力Ｑ４３７が供給されている。第４のＤＦＦ４３４のＤ入力端子には、ＤＦＦ４３３の出力Ｑ４３３が供給されており、クロック入力端子には基礎信号ＢＳ１が供給され、クリア端子にはリセット信号ＲＳＴが供給されている。第４のＤＦＦ４３４の出力は、第２波形信号ＭＰとしてＰＷＭ制御部４５０に供給される（図１０）。
【００５４】
ＡＮＤゲート４３５は、ＤＦＦ４３１の出力Ｑ４３１と、ＤＦＦ４３３の出力Ｑ４３３とを入力とし、出力Ｑ４３５を出力する。インバータ４３６は、リセット信号ＲＳＴを反転した出力Ｑ４３６を生成する。ＮＯＲゲート４３７は、インバータ４３６の出力Ｑ４３６と、ＡＮＤゲート４３５の出力Ｑ４３５とを入力とし、出力Ｑ４３７を出力する。これらの各種の信号は、以下のように動作する。
【００５５】
図１３は、駆動波形生成部４３０における各種信号の動作を示すタイミングチャートである。電源電圧ＶＣＣは、電源投入後から常にＨレベルを示す。リセット信号ＲＳＴは、リセット信号生成部４８０（図１０）によって生成される信号であり、電源投入後の所定期間経過後に、Ｌレベル（アクティブ）のパルスを出力する。リセット信号ＲＳＴがＬレベルになると、ＮＯＲゲート４３７の出力Ｑ４３７もＬレベルに立ち下がり、これに応じて２つのＤＦＦ４３１，４３３がリセットされる。また、リセット信号ＲＳＴに応じて他の２つのＤＦＦ４３２，４３４もリセットされる。この初期リセットの後は、２つの基礎信号ＢＳ１，ＢＳ２のパルスに応じて４つのＤＦＦ４３１〜４３４の動作が行われる。すなわち、第１のＤＦＦ４３１の出力Ｑ４３１は、第１の基礎信号ＢＳ１の立ち上がりエッジとともに立ち上がり、ＮＯＲゲート４３７の出力Ｑ４３７がＬレベルに立ち下がると再びリセットされる。第３のＤＦＦ４３３の出力Ｑ４３３は、第２の基礎信号ＢＳ２の立ち上がりエッジとともに立ち上がり、ＮＯＲゲート４３７の出力Ｑ４３７がＬレベルに立ち下がると再びリセットされる。
【００５６】
ＡＮＤゲート４３５の出力Ｑ４３５は、第１と第３のＤＦＦ４３１，４３３の出力Ｑ４３１，Ｑ４３３のいずれもがＨレベルを示す場合に、Ｈレベルを示す信号である。ＮＯＲゲート４３７の出力Ｑ４３７は、出力Ｑ４３５と出力Ｑ４３６のうち、少なくとも一方がＨレベルを示す場合に、Ｌレベルを示す信号である。第１波形信号ＰＰは、基礎信号ＢＳ２の立ち上がりエッジのタイミングにおけるＤＦＦ４３１の出力Ｑ４３１のレベルと同じレベルを示し、基礎信号ＢＳ２の次の立ち上がりエッジまで、そのレベルを保持する。第２波形信号ＭＰは、基礎信号ＢＳ１の立ち上がりエッジの瞬間における出力Ｑ４３３のレベルと同じレベルを示し、基礎信号ＢＳ１の次の立ち上がりエッジまで、そのレベルを保持する。図１３から理解できるように、第１の波形信号ＰＰは、センサ信号ＳＳＡの第１の波形Ｗ１から第２の波形Ｗ２の間の期間ＰＰ１においてＨレベルとなる信号である。また第２の波形信号ＭＰは、センサ信号ＳＳＡの第２の波形Ｗ２から第１の波形Ｗ１の間の期間ＰＰ２においてＨレベルとなる信号である。
【００５７】
図１４（Ａ）は、速度信号生成部４９０の内部構成を示すブロック図であり、図１４（Ｂ）は、各種信号の動作を示すタイミングチャートである。速度信号生成部４９０は、カウンタ部４９１と、カウンタ値記憶部４９２と、速度値設定テーブル部４９３とを備えている。カウンタ部４９１は、クロック信号ＣＬＫと、第１波形信号ＰＰを入力とし、第１波形信号ＰＰの立ち下りエッジから次の立ち下りエッジまでの期間（一周期の期間）におけるクロック信号ＣＬＫのパルス数をカウントする。カウンタ値記憶部４９２は、第１波形信号ＰＰの立ち下りエッジのタイミングにおけるカウンタ部４９１内のカウンタ値を、カウンタ値Ｎとして記憶する。
【００５８】
速度値設定テーブル部４９３は、カウンタ値Ｎを入力とし、カウンタ値Ｎの複数の範囲に応じた速度値ＳＰを出力する。速度値ＳＰは、モータの回転速度と正の相関を有する値であり、カウンタ値Ｎが小さいほど、速度値ＳＰは大きく、逆に、カウンタ値Ｎが大きいほど、速度値ＳＰは小さい。なお、ＣＰＵ５３０は、カウンタ値Ｎと速度値ＳＰとの関係を任意に変更することも可能である。
【００５９】
図１５は、ＰＷＭ制御部４５０の内部構成を示すブロック図である。ＰＷＭ制御部４５０は、分周器４５１と、パルス幅設定テーブル部４５３と、カウンタ部４５５と、２つのＡＮＤゲート４５７，４５８とを備えている。これらは以下のように動作する。
【００６０】
図１６は、ＰＷＭ制御部４５０における各種信号の動作を示すタイミングチャートである。なお、このタイミングチャートは、図示の便宜上、分周値Ｎａ＝５、パルス幅ＷＤ＝３として描かれている。分周器４５１は、クロック信号ＣＬＫの周波数を１／Ｎａに分周し、分周クロック信号ＤＣＬＫとして出力する。パルス幅設定テーブル部４５３は、速度値ＳＰを入力とし、速度値ＳＰに応じたパルス幅ＷＤを出力する。このパルス幅ＷＤは、ＰＷＭ制御におけるデューティ比に相当し、速度値ＳＰが大きいほどパルス幅ＷＤは小さく、速度値ＳＰが小さいほどパルス幅ＷＤは大きく設定される。このようにパルス幅ＷＤを設定すれば、低速回転時にはデューティ比が大きくなるため大きな駆動力を得ることができ、逆に、高速回転時にはデューティ比が小さくなるため電力消費を抑えることができる。カウンタ部４５５は、分周クロック信号ＤＣＬＫの立ち上がりエッジ間において、クロック信号ＣＬＫに同期して内部カウンタＣＭ１のダウンカウントを繰り返し、内部カウンタＣＭ１が０でない値を示している期間をＨレベル期間とする出力Ｑ４５５を出力する。内部カウンタＣＭ１の初期値は、パルス幅ＷＤに設定される。
【００６１】
ＡＮＤゲート４５７は、第１波形信号ＰＰと、カウンタ４５５の出力Ｑ４５５とを入力とし、これら２つの信号の論理積を第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１として出力する。一方、ＡＮＤゲート４５８は、第２波形信号ＭＰと、カウンタ４５５の出力Ｑ４５５とを入力とし、これら２つの信号の論理積を第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２として出力する。図１６から理解できるように、ＰＷＭ制御部４５０は、第１の波形信号ＰＰがＨレベルの期間において、速度値ＳＰに応じたデューティを有する第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１を生成する。また、ＰＷＭ制御部４５０は、第２の波形信号ＭＰがＨレベルの期間において、速度値ＳＰに応じたデューティを有する第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２を生成する。
【００６２】
図１７（Ａ）は、正逆方向設定部４７０の内部構成を示す回路図であり、図１７（Ｂ）は、各種信号の動作を示すタイミングチャートである。正逆方向設定部４７０は、４つのトランジスタ４７１〜４７４と、正逆方向信号生成部４７６とを備えている。正逆方向信号生成部４７６は、ＣＰＵ５３０から受け取ったモード情報が、「正転アシストモード」である場合には、正逆方向信号ＲＩをＬレベルとして出力し、逆に、「逆転アシストモード」である場合には、正逆方向信号ＲＩをＨレベルとして出力する。４つのトランジスタ４７１〜４７４は、この正逆方向信号ＲＩに従ってスイッチング動作を行う。すなわち、「正転アシストモード」の場合には、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ１が第１駆動信号ＤＲＶＡ１として出力され、第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ２が第２の駆動信号ＤＲＶＡ２として出力される。逆に、「逆転アシストモード」の場合には、第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ２が第１駆動信号ＤＲＶＡ１として出力され、第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ１が第２の駆動信号ＤＲＶＡ２として出力される。なお、この正逆方向設定部４７０は、説明上、ＰＷＭ制御部４５０の後段に設けることによって（図１０）、正逆方向を設定（極性反転）していたが、この代わりに、正逆方向設定部４７０を駆動波形生成部４３０とＰＷＭ制御部４５０との間に設け、第１波形信号ＰＰと第２波形信号ＭＰとを切り替えることとしても、正逆方向を設定することができる。
【００６３】
図１８は、電力回生回路５２０の内部構成を示す回路図である。電力回生回路５２０は、電磁コイル列１１〜１４に対してドライバ回路２５０と並列に接続されている。電力回生回路５２０は、ダイオードで構成される整流回路２２２と、スイッチングトランジスタ２２４とを備えている。回生制御部５１０によってスイッチングトランジスタ２２４がオン状態になると、電磁コイル１１〜１４で発生した電力を回生して蓄電器２３０を充電することが可能である。また、蓄電器２３０から電磁コイル１２に電流を供給することも可能である。なお、蓄電器２３０は、電源ユニット６００（図１）内に搭載されている。また、電力回生回路５２０と、蓄電器２３０と、回生制御部５１０は省略することも可能である。
【００６４】
このように、第１実施例では、センサ用コイル４０から出力される従来とは異なる波形のセンサ信号ＳＳＡに基づいて、電磁コイル１１〜１４を駆動するための駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成することが可能である。また、モード切替スイッチ５４０の操作に従って、正転アシストモードと逆転アシストモードと電力回生モードの３つのモードを任意に切り替えることが可能である。
【００６５】
Ｂ．第２実施例：
図１９は、第２実施例におけるＰＷＭ制御部４５０ｂの内部構成を示すブロック図である。このＰＷＭ制御部４５０ｂは、２つの波形信号ＰＰ，ＭＰと、参照クロック信号ＲＣＬＫと、速度値ＳＰとに基づいてＰＷＭ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。参照クロック信号ＲＣＬＫとしては、駆動波形生成部４３０（図１２）のＡＮＤゲート４３５の出力Ｑ４３５が使用されている。ＰＷＭ制御部以外の他の構成は第１実施例と同じである。
【００６６】
ＰＷＭ制御部４５０ｂは、制御信号生成部３００ｂと、アドレス形成部３３０ｂと、パルス幅設定部３４０ｂと、ＰＷＭ信号生成部３５０ｂとを備えている。制御信号生成部３００ｂと、パルス幅設定部３４０ｂは、バス４００ｂによってＣＰＵ５３０に接続されている。制御信号生成部３００ｂは、参照クロック信号ＲＣＬＫに基づいて、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄとを生成する。また、制御信号生成部３００ｂは、入力された参照クロック信号ＲＣＬＫもそのまま出力する。アドレス形成部３３０ｂは、アドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄとに基づいて、アドレス値ＡＤＤを生成する。パルス幅設定部３４０ｂは、アドレス値ＡＤＤに応じてパルス幅ＷＤを設定する。ＰＷＭ信号生成部３５０ｂは、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄと、第１波形信号ＰＰと、第２波形信号ＭＰと、パルス幅ＷＤとに基づいて、第１と第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を生成する。これらの動作については、以下に詳述する。
【００６７】
図２０（Ａ）は、制御信号生成部３００ｂの内部構成を示すブロック図である。図２０（Ｂ）は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。制御信号生成部３００ｂは、ＰＬＬ回路３０７ｂと、第２分周器３１６ｂと、分周値記憶部３１８ｂとを備えている。
ＰＬＬ回路３０７ｂは、位相比較器３０８ｂと、ループフィルタ（ＬＰＦ）３１０ｂと、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３１２ｂと、第１分周器３１４ｂとを備えている。第１分周器３１４ｂは、分周値記憶部３１８ｂに記憶されている分周値Ｍを用いて、入力されるＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍを分周する。参照クロック信号ＲＣＬＫは、位相比較器３０８ｂに入力される。一方、第１分周器３１４ｂによって生成される分周信号ＤＶＳＳＤは、位相比較器３０８ｂに比較信号として入力される。位相比較器３０８ｂは、これら２つの信号ＳＳＤ，ＤＶＳＳＤの位相差を示す誤差信号ＣＰＳを生成する。この誤差信号ＣＰＳは、チャージポンプ回路を内蔵するループフィルタ３１０ｂに送られる。ループフィルタ３１０ｂは、誤差信号ＣＰＳのパルスレベルとパルス数とに応じた電圧レベルを有する電圧制御信号ＬＰＳを生成して出力する。
【００６８】
電圧制御信号ＬＰＳは、電圧制御発振器３１２ｂに供給される。電圧制御発振器３１２ｂは、電圧制御信号ＬＰＳの電圧レベルに応じた周波数を有するＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍを出力する。このＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍは、第１分周器３１４ｂで１／Ｍに分周されて、分周信号ＤＶＳＳＤが生成される。この分周信号ＤＶＳＳＤは、前述したように、位相比較器３０８ｂに送られて参照クロック信号ＲＣＬＫと位相比較される。この結果、２つの信号ＲＣＬＫ，ＤＶＳＳＤの位相差が０になるように、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数が収束する。したがって、収束後のＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数fCLKpwmと、参照クロック信号ＲＣＬＫの周波数fRとの関係は、以下の（１）式となる。
fCLKpwm＝fR×Ｍ  …（１）
【００６９】
ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍは、第２分周器３１６bと、ＰＷＭ信号生成部３５０b（図）とに供給される。第２分周器３１６bは、分周値記憶部３１８bに記憶されている分周値Ｎｂを用いて、入力されるＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍを分周し、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄを生成する。したがって、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの周波数fCLKaddと、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数fCLKpwmとの関係は、以下の（２）式となる。
fCLKadd＝fCLKpwm／Ｎｂ  …（２）
【００７０】
以上の（１），（２）式より、参照クロック信号ＲＣＬＫの周波数fRと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの周波数fCLKaddと、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数fCLKpwmとの関係は、以下の（３），（４）式となる。
fCLKadd＝fR×Ｍ  …（３）
fCLKpwm＝fCLKadd×Ｎｂ  …（４）
図（Ｂ）にも示されているように、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄは、参照クロック信号ＲＣＬＫの一周期の期間においてＭ個のパルスを発生する信号である。また、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍは、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの一周期の間にＮ個のパルスを発生する信号である。なお、分周値Ｍ，Ｎｂは、ＣＰＵ５３０によって任意の値に書き換えることが可能である。
【００７１】
図２１（Ａ）は、アドレス形成部３３０ｂの内部構成を示すブロック図である。図２１（Ｂ）は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。以下の例では、各種の信号は、分周値Ｍ＝１４，Ｎｂ＝１６として描かれている。アドレス形成部３３０ｂは、アドレスカウンタ部３３２ｂと、アドレスラッチ３３４ｂとを備えている。アドレスカウンタ部３３２ｂは、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄのパルス数をカウントするとともに、参照クロック信号ＲＣＬＫの立ち上がりエッジに応じてカウンタを０にリセットする。アドレスラッチ３３４ｂは、アドレスカウンタ部３３２ｂによってカウントされた数値を記憶し、アドレス値ＡＤＤとして出力する。図（Ｂ）に示すように、アドレス値ＡＤＤとしては、０〜１３の値が繰り返し発生する。
【００７２】
図２２（Ａ）は、パルス幅設定部３４０ｂの内部構成を示すブロック図である。図２２（Ｂ）は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。なお、図２２（Ｂ）に記載されている信号Ｓ１は、後述するカウンタ部３５２ｂ（図２３）によって生成される信号であり、パルス幅ＷＤの値に応じたパルスを有する信号である。パルス幅設定部３４０ｂは、テーブル選択部３４２ｂと、３つのテーブル部３４４ｂ，３４６ｂ，３４８ｂとを備えている。テーブル選択部３４２ｂは、速度値ＳＰの値に応じて、３つのテーブル部３４４ｂ，３４６ｂ，３４８ｂのうちから１つのテーブル部を選択する。例えば、ＳＰ＝１の場合は、テーブル部３４４ｂが選択される。３つのテーブル部３４４ｂ，３４６ｂ，３４８ｂには、アドレス値ＡＤＤに応じて出力されるパルス幅ＷＤが格納されており、選択されたテーブル部は、入力されるアドレス値ＡＤＤに応じて、パルス幅ＷＤを出力する。
【００７３】
例えば、ＳＰ＝１の場合、すなわち、モータの回転速度が小さい場合には、第１のテーブル部３４４ｂが選択される。なお、本明細書において値「Ｘｈ」は１６進数を意味している。選択された第１のテーブル部３４４ｂは、常に、パルス幅ＷＤの最大値Ｆｈを出力する。このようにパルス幅ＷＤを最大値Ｆｈに設定すれば、モータの始動時から低速時においては、大きな駆動力を得ることができる。
【００７４】
ＳＰ＝２の場合、すなわち、モータの回転速度が大きくなった場合には、第２のテーブル部３４６ｂが選択される。このテーブル部３４６ｂは、第１波形信号ＰＰまたは第２波形信号ＭＰのパルスの中心近傍に相当するアドレス値ＡＤＤにおいて、パルス幅ＷＤが最大値Ｆｈとなるように、パルス幅ＷＤを設定する。そして、アドレス値ＡＤＤが第１波形信号ＰＰまたは第２波形信号ＭＰのパルスの中心近傍から時間的に遠ざかるにしたがってパルス幅ＷＤが小さくなるように、それぞれのパルス幅ＷＤを設定する。このようにパルス幅ＷＤを設定すれば、逆起電力波形を模擬したＰＷＭ信号を生成することができ、効率よくモータを駆動させることができる。また、パルス幅ＷＤの最大値は、Ｆｈには限られず、分周値Ｎｂの値に応じた所定の最大値や、任意に定めた所定の最大値をとることもできる。
【００７５】
ＳＰ＝３の場合、すなわち、モータの回転速度がさらに大きくなった場合には、第３のテーブル部３４８ｂが選択される。このテーブル部３４８ｂは、第１波形信号ＰＰまたは第２波形信号ＭＰのパルスの中心よりも時間的に早いタイミングで最大値Ｆｈとなるようにパルス幅ＷＤを設定する。この結果、駆動信号ＤＲＶＡの位相をやや進める進角制御を実現することが可能である。モータの回転が低速の場合には進角制御の有無によって効果はそれほど変わらないが、高速の場合には進角制御により効率を大幅に向上させることが可能である。
【００７６】
なお、ＳＰ＝０の場合、すなわち、モータの回転速度が所定の閾値を超えていない場合には、パルス幅設定部３４０ｂは、アドレス値ＡＤＤの値によらずに、常にパルス幅ＷＤ＝０ｈとして出力する。
【００７７】
また、３つのテーブル部３４４ｂ，３４６ｂ，３４８ｂに格納されているパルス幅ＷＤは、ＣＰＵ５３０によって任意の値に書き換えることも可能である。したがって、後述するＰＷＭ信号生成部３５０ｂ（図２３）によって、任意のパルス幅ＷＤを有するＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を生成することが可能である。
【００７８】
図２３はＰＷＭ信号生成部３５０ｂの内部構成を示すブロック図である。ＰＷＭ信号生成部３５０ｂは、カウンタ部３５２ｂと、２つのＡＮＤ回路３５３ｂ，３５４ｂとを備えている。これらは以下のように動作する。
【００７９】
図２４は、ＰＷＭ信号生成部３５０ｂにおける各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。この図２４には、第１波形信号ＰＰと、第２波形信号ＭＰと、参照クロック信号ＲＣＬＫと、２つのクロック信号ＣＬＫａｄｄ，ＣＬＫｐｗｍと、アドレス値ＡＤＤと、パルス幅ＷＤと、カウンタ部３５２ｂ内のカウント値ＣＭと、カウンタ部３５２ｂの出力Ｓ１と、２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２とが示されている。また、この図では、説明の便宜上、分周値Ｍ＝５，Ｎｂ＝５として描かれている。カウンタ部３５２ｂ（図２３）は、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの１期間毎に、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍに同期してカウント値ＣＭ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ＣＭの初期値はパルス幅ＷＤの値に設定される。カウンタ部３５２ｂの出力Ｑ３５２ｂは、カウント値ＣＭが０で無い場合にはハイレベルに設定され、カウント値ＣＭが０になるとローレベルに立ち下がる。
【００８０】
ＡＮＤゲート３５３ｂは、第１波形信号ＰＰと、信号Ｓ１の論理積を第１ＰＷＭ信号ＰＷＭ１として出力する。一方、ＡＮＤゲート３５４ｂは、第２波形信号ＭＰと、信号Ｓ１の論理積を第２ＰＷＭ信号ＰＷＭ２として出力する。
【００８１】
このように、ＰＷＭ制御部４５０ｂを用いて２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を生成しても、第１実施例と同様に、センサ用コイル４０から出力される従来とは異なる波形のセンサ信号ＳＳＡに基づいて、電磁コイル１１〜１４を駆動するための駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成することが可能である。但し、２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２のデューティ比（パルス幅ＷＤ）をそれぞれのアドレス値ＡＤＤごとに任意に設定できる点では、この第２実施例の方が好ましい。
【００８２】
Ｃ．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。
【００８３】
Ｃ１．変形例１：
本発明は、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、移動体などの種々の装置のモータや発電機に適用可能であり、特に、動作をアシストするためのモータとして、電動自転車、電動パワーステアリング、医療アシストロボット、電動玩具等に適用可能である。
【００８４】
図２５は、本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車８００は、前輪にモータ８１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路８２０と充電池８３０とが設けられている。モータ８１０は、充電池８３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする（正転アシストモード）。また、ブレーキ時には、モータ８１０で回生された電力が充電池８３０に充電される（電力回生モード）。さらに、急な下り坂等で、回生時よりも大きな制動力を得たい場合には、進行方向（正転方向）とは逆向きの駆動力を発生させ、ブレーキ力をアシストすることも可能である（逆転アシストモード）。制御回路８２０は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ８１０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可能である。
【００８５】
Ｃ２．変形例２：
上記実施例におけるアシストモータは、正転アシストモードと、逆転アシストモードと、電力回生モードの３つのモードを実現することができたが、上記３つのモードのうち、少なくとも１つのモードを実現することが可能であればよい。
【００８６】
Ｃ３．変形例３：
上記実施例におけるセンサ用コイル４０は、コイル部４１の規定する平面と、電磁コイル１１〜１４が規定する平面とが平行となるように配置されているが、この代わりに、コイル部４１の規定する平面と、電磁コイル１１〜１４が規定する平面とが交差するように配置する等、任意の向きに配置することが可能である。
【００８７】
Ｃ４．変形例４：
上記第２実施例におけるＰＬＬ回路３０７ｂ内の電圧制御発振器３１２ｂ（図２０）としては、出力周波数に応じて電流ゲインを切り替えるＶＣＯの代わりに、本発明の発明者により開示された米国特許第４９７５６６２号公報又は米国特許第５１８５５８４号公報に記載されているＶＣＯ特性を有するＶＣＯを用いることが好ましい。
【００８８】
Ｃ５．変形例５．
上記実施例で用いられているバス５３２，４００ｂは、ＣＰＵ５３０で制御されるように説明されているが、このバス５３２，４００ｂの他に、フィリップス社製Ｉ2Ｃバスのようなシリアル通信バスを用いることも可能である。上記駆動制御回路を半導体集積回路で実現する場合には、このようなシリアル通信バスを用いることが好ましい。
【００８９】
Ｃ６．変形例６：
上記実施例では、単相ブラシレスモータについて記載したが、本発明は、２相または３相以上のブラシレスモータにも適用が可能である。
【００９０】
Ｃ７．変形例７：
上記実施例では、回転式のモータについて記載したが、本発明は、リニアモータにも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明の一実施例としてのアシストモータシステムの構成を示すブロック図である。
【図２】アシストモータシステムに利用される単相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。
【図３】センサ用コイルの構成を示す説明図である。
【図４】磁石列とコイル列の位置関係及び電磁コイルの逆起電力波形とセンサ信号との関係を示す説明図である。
【図５】ドライバ回路の内部構成を示している。
【図６】ドライバ回路の他の構成を示す説明図である。
【図７】電磁コイルの各種の巻き方を示している。
【図８】モータ本体の正転アシストモードの場合における正転動作の様子を示す説明図である。
【図９】モータ本体のモータ本体の逆転アシストモードの場合における逆転動作の様子を示す説明図である。
【図１０】駆動制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図１１】センサ信号比較部の内部構成を示すブロック図である。
【図１２】駆動波形生成部の内部構成を示す回路図である。
【図１３】駆動波形生成部における各種信号の動作を示すタイミングチャートである。
【図１４】速度信号生成部の内部構成を示すブロック図である。
【図１５】ＰＷＭ制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図１６】ＰＷＭ制御部における各種信号の動作を示すタイミングチャートである。
【図１７】正逆方向設定部の内部構成を示す回路図である。
【図１８】電力回生回路の内部構成を示す回路図である。
【図１９】第２実施例におけるＰＷＭ制御部の内部構成を示すブロック図である。
【図２０】制御信号生成部の内部構成を示すブロック図である。
【図２１】アドレス形成部の内部構成を示すブロック図である。
【図２２】パルス幅設定部の内部構成を示すブロック図である。
【図２３】ＰＷＭ信号生成部の内部構成を示すブロック図である。
【図２４】ＰＷＭ信号生成部における各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。
【図２５】本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０…ステータ部
１１〜１４…電磁コイル
２０…磁気ヨーク
３０…ロータ部
３１〜３４…永久磁石
３６…磁気ヨーク
４０…センサ用コイル
４１…コイル部
４２…アンプ部
１００…モータ本体
１０２…ケーシング
１１２…回転軸
１１４…軸受け部
１２０…回路基板
２００…制御回路
２２０…ＣＰＵ
２２２…整流回路
２２４…スイッチングトランジスタ
２３０…蓄電器
２５０…ドライバ回路
２５０ａ…第１のブリッジ回路
２５０ｂ…第２のブリッジ回路
２５１…トランジスタ
２５１…トランジスタ
２５２…トランジスタ
３１１…レベルシフタ
３２０…正逆方向指令値記憶部
４００…駆動制御部
４００ｂ…バス
４１０…センサ信号比較部
４１１…上位比較値記憶部
４１２…下位比較値記憶部
４１５…比較器
４１６…比較器
４３０…駆動波形生成部
４３５…ＡＮＤゲート
４３６…インバータ
４３７…ＮＯＲゲート
４５０…ＰＷＭ制御部
４５０ｂ…ＰＷＭ制御部
４５１…分周器
４５３…パルス幅設定テーブル部
４５５…カウンタ部
４５７…ＡＮＤゲート
４５８…ＡＮＤゲート
４７０…正逆方向設定部
４７１…トランジスタ
４７６…正逆方向信号生成部
４８０…リセット信号生成部
４９０…速度信号生成部
４９１…カウンタ部
４９２…カウンタ値記憶部
４９３…速度値設定テーブル部
５００…クロック信号生成部
５１０…回生制御部
５２０…電力回生回路
５３０…ＣＰＵ
５３２…バス
５４０…モード切替スイッチ
６００…電源ユニット
３００ｂ…制御信号生成部
３０７ｂ…ＰＬＬ回路
３０８ｂ…位相比較器
３１０ｂ…ループフィルタ
３１２ｂ…電圧制御発振器
３１４ｂ…第１分周器
３１６ｂ…第２分周器
３１８ｂ…分周値記憶部
３３０ｂ…アドレス形成部
３３２ｂ…アドレスカウンタ部
３３４ｂ…アドレスラッチ
３４０ｂ…パルス幅設定部
３４２ｂ…テーブル選択部
３４４ｂ…第１のテーブル部
３４６ｂ…第２のテーブル部
３４８ｂ…第３のテーブル部
３５０ｂ…ＰＷＭ信号生成部
３５２ｂ…カウンタ部
３５３ｂ…ＡＮＤゲート
３５４ｂ…ＡＮＤゲート
８００…自転車
８１０…モータ
８２０…制御回路
８３０…充電池
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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