電動装置
【課題】電動装置が備える１つの軸に、複数のロータを設け、その複数のロータに被駆動部材を連結させ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７００は、電磁コイル１２Ａ，１２Ｂと位置センサ４０Ａ，４０Ｂとを有する複数のステータ１０と、複数のステータ３０に固定された軸部６４と、永久磁石３２を有し、軸部の周囲を回転する複数のロータ３０と、を備える。複数のロータ３０には、電動装置で駆動される被駆動部材７０，７１が連結されている。
【解決手段】電動装置７００は、電磁コイル１２Ａ，１２Ｂと位置センサ４０Ａ，４０Ｂとを有する複数のステータ１０と、複数のステータ３０に固定された軸部６４と、永久磁石３２を有し、軸部の周囲を回転する複数のロータ３０と、を備える。複数のロータ３０には、電動装置で駆動される被駆動部材７０，７１が連結されている。
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【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。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。また、このような従来の構造のモータでは、１つのモータにおいて直接的に回転させることができるのは、１つの回転軸だけであり、その１つの回転軸に被駆動部材を連結させていた。
【発明の概要】
【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、電動装置が備える１つの軸に、複数のロータを設け、その複数のロータに被駆動部材を連結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、
電磁コイルと位置センサとを有する複数のステータと、
前記複数の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複数のロータと、
を備え、
前記複数のロータには、前記電動装置で駆動される被駆動部材が連結されている、電動装置。
【０００８】
適用例１の電動装置によれば、軸部とステータを固定し、固定されて回転しない軸部の周囲をロータが回転する構造としたので、１つの軸部に複数のロータを設けることができる。そして、その複数のロータには、被駆動部材を連結させることができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１記載の電動装置であって、
前記複数のロータには、共通の１つの前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【００１０】
適用例２の電動装置によれば、複数のロータに共通の１つの被駆動部材を連結させるので、ロータが１つの場合に比べて、大きなトルクや出力を得ることができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例１記載の電動装置であって、
前記複数のそれぞれのロータには、それぞれ別の前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【００１２】
適用例３の電動装置によれば、複数のロータに、それぞれ別の被駆動部材を連結させるので、複数の被駆動部材をそれぞれ複数のロータで駆動することができる。
【００１３】
[適用例４]
適用例３記載の電動装置であって、
前記複数のロータは、前記複数のステータによってそれぞれ独立して駆動される、電動装置。
【００１４】
適用例４の電動装置によれば、複数のロータを複数のステータによって独立して駆動させるので、複数の被駆動部材を独立して駆動させることができる。
【００１５】
[適用例５]
適用例１または４記載の電動装置であって、
前記被駆動部材は、羽根である、電動装置。
【００１６】
適用例５の電動装置によれば、羽根を有する複数のロータの回転方向を任意に独立して制御することができるので、送風効率の良いファンモータを構築することができる。
【００１７】
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又は発電装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例としての電動装置の構成を示す断面図である。
【図２】上部ロータ部とステータ部の水平断面図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】駆動回路ユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図８】ドライバ回路に含まれるＡ相ドライバ回路とＢ相ドライバ回路の構成を示している。
【図９】駆動制御部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１０】センサ出力の波形とＰＷＭ部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１１】ＰＷＭ部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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している。
【図１６】ドライバ回路の他の構成例を示している。
【図１７】モータの無負荷時の回転数を示している。
【図１８】回生制御部と整流回路の内部構成を示す図である。
【図１９】第１実施例の電動装置の他の例を示す断面図である。
【図２０】第１実施例の電動装置の他の例を示す断面図である。
【図２１】第１実施例の電動装置の他の例を示す断面図である。
【図２２】第２実施例の電動装置の構成を示す断面図である。
【図２３】第３実施例の電動装置の構成を示す断面図である。
【図２４】本発明の実施例による電動装置を利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図２５】本発明の実施例による電動装置を利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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：
Ａ１．第１実施例の電動装置の構成と動作の概要：
Ａ２．駆動回路ユニットの構成：
Ａ３．第１実施例の電動装置の構成の変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
【００２０】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．第１実施例の電動装置の構成と動作の概要：
図１は、本発明の第１実施例としての電動装置７００の構成を示す断面図である。この電動装置７００は、軸部６４を中心として、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを備えている。３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃの間には、スペーサー５８が設けられており、スペーサー５８は、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃの軸方向の位置がずれないように固定されている。以下では、ブラシレスモータ７００Ａの内部構成について説明するが、他のブラシレスモータ７００Ｂ，７００Ｃの内部構成もブラシレスモータ７００Ａと同じ構成となっている。
【００２１】
ブラシレスモータ７００Ａは、軸部６４を中心として、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によって電動装置支持部材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。なお、本実施例において電動装置支持部材１は、車両等の移動体のサスペンションである。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。
【００２２】
図２（Ａ）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）、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。
【００２３】
図２（Ｂ）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２（Ｂ）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。
【００２４】
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）。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。
【００２５】
また、この電動装置７００では、軸部６４を中心として、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃをそれぞれ連動させて、あるいは独立させて回転させることが可能となる。すなわち、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを同じ方向に回転させれば、モータが１つの場合と比較して３倍のトルクを得ることが可能となる。また、３つのモータのうちの１つを駆動させ、残りの２つのモータを回生モードとして利用することもできる。さらに、３つのモータをそれぞれ高速回転用、高トルク発生用、電力回生用等のように、異なる用途に特化した特性とし、用途に応じて使用するモータを切り替えることや、あるいは、それぞれ異なる特性のモータを同時に使用することも可能である。
【００２６】
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。
【００２７】
さらに、図１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。
【００２８】
図２（Ｃ）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２（Ｂ）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。
【００２９】
図２（Ｃ）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。
【００３０】
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２（Ｃ）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。
【００３１】
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。
【００３２】
図３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３（Ａ）は、図１（Ｄ）と同じものである。図３（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３（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３（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。
【００３３】
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。
【００３４】
図４（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。
【００３５】
図４（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図５（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５（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３参照）。図５（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５（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５（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。
【００３９】
なお、図３（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。
【００４０】
ところで、図５（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３）を発生することが可能である。
【００４１】
図６（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６（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。
【００４２】
Ａ２．駆動回路ユニットの構成：
図７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７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。
【００４３】
図８は、ドライバ回路１５０（図７）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。
【００４４】
図９は、駆動制御部１００（図７）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９（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。
【００４５】
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８）を生成する。この動作については後述する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
図９（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９（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９（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。
【００５１】
図１０（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９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。
【００５２】
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１０（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１０（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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７）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。
【００５５】
図１１は、ＰＷＭ部５３０（図９）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。
【００５６】
図１２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１２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。
【００５７】
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１２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。
【００５８】
図１３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１２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。
【００５９】
図１４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。
【００６０】
図１４（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１４（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。
【００６１】
図１５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３）。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。
【００６２】
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３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。
【００６３】
図１６は、ドライバ回路１５０（図７）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８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８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７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。
【００６４】
図１７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。
【００６５】
図１８は、図７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。
【００６６】
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。
【００６７】
なお、図７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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１４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１４（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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
このように、第１実施例の電動装置７００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。さらに、この電動装置７００の構造では、軸部６４を中心として、異なる又は同一の特性を有する３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを設けることが可能となる。
【００７５】
Ａ３．第１実施例の電動装置の構成の変形例：
図１９及び図２０は、第１実施例の電動装置７００の他の例を示す断面図である。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、ブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを歯車の一部として用いることも可能である（図１９）。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２０）。
【００７６】
このように、電動装置７００が備えるブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃはそれぞれ独立して制御し、駆動させることができるため、この電動装置７００を歯車やプーリーに適用すれば、独立して駆動させる歯車等の省スペース化を図ることが可能となる。
【００７７】
図２１は、第１実施例の電動装置７００の他の例を示す断面図である。上記第１実施例では、ブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃのそれぞれの外周部に、それぞれ車輪部７１を取り付けていたが、この代わりに、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃの外周部に、１つの大きな車輪部７２を取り付けることもできる。３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを用いて、車輪部７２を同じ回転方向、同じ回転速度で回転させたい場合には、このような構成としても、モータが１つの場合と比較して高トルク又は高出力を得ることが可能となる。
【００７８】
Ｂ．第２実施例：
図２２は、第２実施例の電動装置７５０の構成を示す断面図である。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と、モータが３つから２つになっている点と、車輪部７１の代わりに、羽根７１ｄを取り付けて、ファンモータとし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。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。さらに、第１のブラシレスモータ７５０Ａと、第２のブラシレスモータ７５０Ｂの回転方向を互いに逆向きに設定すれば、ファンモータの送風効率を高くすることが可能となる。
【００７９】
なお、図２２ではファンモータとして記載したが、この電動装置７５０を二重反転ロータとして用いれば、複雑な軸部の機構を用いることなく、二重反転型のヘリコプターを容易に実現することができる。二重反転ロータの他にも、この電動装置７５０を二重反転プロペラや二重反転スクリューに適用すれば、航空機や船舶の動力源としても適用することができる。また、この電動装置７５０は、二重反転型に限られず、三重反転以上にも適用することができ、安定した揚力や推進力を容易に得ることができる。
【００８０】
Ｃ．第３実施例：
図２３は、第３実施例の電動装置８００の構成を示す断面図である。なお、この図２３では磁気センサと、駆動回路ユニットと、電力線等は省略している。この電動装置８００は、軸部８３０に固定されたステータ部８０４，８０８と、軸部８３０を中心として回転するロータ部８０２，８０６とを備えている。ステータ部８０４，８０８およびロータ部８０２，８０６は、略円盤状の形状を有している。ロータ部８０２，８０６は、それぞれ羽根８３２，８３４を有しており、軸受け部８２４，８２２を介して回転することが可能である。軸部８３０は、軸固定部８２８によって電動装置支持部材８２６に取り付けられており、軸部８３０自身が回転しないように固定されている。また、軸部８３０の上端部には、密閉キャップ８３６が取り付けられている。
【００８１】
ロータ部８０２は、永久磁石８１０を備えており、ステータ部８０４が備える電磁コイル８１２によって、軸部８３０を中心として回転することができる。一方、ロータ部８０６は、永久磁石８１６，８１８を備えており、ステータ部８０４，８０８が備える電磁コイル８１４，８２０によって、軸部８３０を中心として回転することができる。
【００８２】
以上のような構成の電動装置とすれば、ロータ部８０２とロータ部８０６とを独立して駆動させることが可能となる。したがって、ロータ部８０２と、ロータ部８０６とを互いに逆方向に回転させれば、効率の良い加圧機としてこの電動装置８００を用いることができる。
【００８３】
Ｄ．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。
【００８４】
Ｄ１．変形例１：
上記第１、第２実施例の電動装置７００，７５０では、軸部６４に対して２つまたは３つのブラシレスモータを備えていたが、電動装置が備えるブラシレスモータの数は２つや３つに限られず、任意の数とすることが可能である。
【００８５】
Ｄ２．変形例２：
上記第１実施例では、ホイール部７０に車輪部７１や歯車７１ｂ等を取り付けていたが、この代わりに、ロータ部３０に直接、車輪部７１や歯車７１ｂ等を取り付けることとしてもよい。
【００８６】
Ｄ３．変形例３：
上記第３実施例の電動装置８００では、ロータ部８０２，８０６に羽根８３２，８３４を取り付けていたが、この代わりに、任意の種類の被駆動部材を取り付けることが可能である。例えば、切削用の切削刃をロータ部８０２，８０６に取り付ければ、切削機としてもこの電動装置８００を用いることが可能となる。また、ロータ部の数は２つに限られず、３以上の任意の数とすることも可能である。
【００８７】
Ｄ４．変形例４：
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、鉄道車両、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明の電動装置は、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明による電動装置をスピンドルモータとして使用することが可能である。
【００８８】
図２４は、本発明の実施例による電動装置を利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ９００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源９１０Ｒ、９１０Ｇ、９１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ９４０Ｒ、９４０Ｇ、９４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム９５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系９６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン９７０と、プロジェクタ９００の全体を制御する制御部９８０と、を備えている。冷却ファン９７０を駆動するモータとしては、上述した各種の電動装置を利用することができる。
【００８９】
図２５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例による電動装置を利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図２５（Ａ）は携帯電話１０００の外観を示しており、図２５（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話１０００は、携帯電話１０００の動作を制御するＭＰＵ１０１０と、ファン１０２０と、燃料電池１０３０とを備えている。燃料電池１０３０は、ＭＰＵ１０１０やファン１０２０に電源を供給する。ファン１０２０は、燃料電池１０３０への空気供給のために携帯電話１０００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池１０３０で生成される水分を携帯電話１０００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン１０２０を図２５（Ｃ）のようにＭＰＵ１０１０の上に配置して、ＭＰＵ１０１０を冷却するようにしてもよい。ファン１０２０を駆動するモータとしては、上述した各種の電動装置を利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１…電動装置支持部材
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
７２…車輪部
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
７００…電動装置
７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃ…ブラシレスモータ
７５０…電動装置
７５０Ａ，７５０Ｂ…ブラシレスモータ
８００…電動装置
８０２…ロータ部
８０４…ステータ部
８０６…ロータ部
８１０…永久磁石
８１２…電磁コイル
８１４…電磁コイル
８１６…永久磁石
８２４…軸受け部
８２６…電動装置支持部材
８２８…軸固定部
８３０…軸部
８３２…羽根
８３６…密閉キャップ
９００…プロジェクタ
９１０Ｒ，９１０Ｇ，９１０Ｂ…光源
９４０Ｒ，９４０Ｇ，９４０Ｂ…液晶ライトバルブ
９５０…クロスダイクロイックプリズム
９６０…投写レンズ系
９７０…冷却ファン
９８０…制御部
１０００…携帯電話
１０１０…ＭＰＵ
１０２０…ファン
１０３０…燃料電池
【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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【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。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。また、このような従来の構造のモータでは、１つのモータにおいて直接的に回転させることができるのは、１つの回転軸だけであり、その１つの回転軸に被駆動部材を連結させていた。
【発明の概要】
【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、電動装置が備える１つの軸に、複数のロータを設け、その複数のロータに被駆動部材を連結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、
電磁コイルと位置センサとを有する複数のステータと、
前記複数の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複数のロータと、
を備え、
前記複数のロータには、前記電動装置で駆動される被駆動部材が連結されている、電動装置。
【０００８】
適用例１の電動装置によれば、軸部とステータを固定し、固定されて回転しない軸部の周囲をロータが回転する構造としたので、１つの軸部に複数のロータを設けることができる。そして、その複数のロータには、被駆動部材を連結させることができる。
【０００９】
[適用例２]
適用例１記載の電動装置であって、
前記複数のロータには、共通の１つの前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【００１０】
適用例２の電動装置によれば、複数のロータに共通の１つの被駆動部材を連結させるので、ロータが１つの場合に比べて、大きなトルクや出力を得ることができる。
【００１１】
[適用例３]
適用例１記載の電動装置であって、
前記複数のそれぞれのロータには、それぞれ別の前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【００１２】
適用例３の電動装置によれば、複数のロータに、それぞれ別の被駆動部材を連結させるので、複数の被駆動部材をそれぞれ複数のロータで駆動することができる。
【００１３】
[適用例４]
適用例３記載の電動装置であって、
前記複数のロータは、前記複数のステータによってそれぞれ独立して駆動される、電動装置。
【００１４】
適用例４の電動装置によれば、複数のロータを複数のステータによって独立して駆動させるので、複数の被駆動部材を独立して駆動させることができる。
【００１５】
[適用例５]
適用例１または４記載の電動装置であって、
前記被駆動部材は、羽根である、電動装置。
【００１６】
適用例５の電動装置によれば、羽根を有する複数のロータの回転方向を任意に独立して制御することができるので、送風効率の良いファンモータを構築することができる。
【００１７】
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又は発電装置等の形態で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施例としての電動装置の構成を示す断面図である。
【図２】上部ロータ部とステータ部の水平断面図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】駆動回路ユニットの内部構成を示すブロック図である。
【図８】ドライバ回路に含まれるＡ相ドライバ回路とＢ相ドライバ回路の構成を示している。
【図９】駆動制御部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１０】センサ出力の波形とＰＷＭ部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１１】ＰＷＭ部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】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１３】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１４】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１５】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している。
【図１６】ドライバ回路の他の構成例を示している。
【図１７】モータの無負荷時の回転数を示している。
【図１８】回生制御部と整流回路の内部構成を示す図である。
【図１９】第１実施例の電動装置の他の例を示す断面図である。
【図２０】第１実施例の電動装置の他の例を示す断面図である。
【図２１】第１実施例の電動装置の他の例を示す断面図である。
【図２２】第２実施例の電動装置の構成を示す断面図である。
【図２３】第３実施例の電動装置の構成を示す断面図である。
【図２４】本発明の実施例による電動装置を利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図２５】本発明の実施例による電動装置を利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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：
Ａ１．第１実施例の電動装置の構成と動作の概要：
Ａ２．駆動回路ユニットの構成：
Ａ３．第１実施例の電動装置の構成の変形例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
【００２０】
Ａ．第１実施例：
Ａ１．第１実施例の電動装置の構成と動作の概要：
図１は、本発明の第１実施例としての電動装置７００の構成を示す断面図である。この電動装置７００は、軸部６４を中心として、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを備えている。３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃの間には、スペーサー５８が設けられており、スペーサー５８は、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃの軸方向の位置がずれないように固定されている。以下では、ブラシレスモータ７００Ａの内部構成について説明するが、他のブラシレスモータ７００Ｂ，７００Ｃの内部構成もブラシレスモータ７００Ａと同じ構成となっている。
【００２１】
ブラシレスモータ７００Ａは、軸部６４を中心として、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によって電動装置支持部材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。なお、本実施例において電動装置支持部材１は、車両等の移動体のサスペンションである。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。
【００２２】
図２（Ａ）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）、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。
【００２３】
図２（Ｂ）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２（Ｂ）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。
【００２４】
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）。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。
【００２５】
また、この電動装置７００では、軸部６４を中心として、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃをそれぞれ連動させて、あるいは独立させて回転させることが可能となる。すなわち、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを同じ方向に回転させれば、モータが１つの場合と比較して３倍のトルクを得ることが可能となる。また、３つのモータのうちの１つを駆動させ、残りの２つのモータを回生モードとして利用することもできる。さらに、３つのモータをそれぞれ高速回転用、高トルク発生用、電力回生用等のように、異なる用途に特化した特性とし、用途に応じて使用するモータを切り替えることや、あるいは、それぞれ異なる特性のモータを同時に使用することも可能である。
【００２６】
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。
【００２７】
さらに、図１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。
【００２８】
図２（Ｃ）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２（Ｂ）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。
【００２９】
図２（Ｃ）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。
【００３０】
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２（Ｃ）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。
【００３１】
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。
【００３２】
図３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３（Ａ）は、図１（Ｄ）と同じものである。図３（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３（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３（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。
【００３３】
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。
【００３４】
図４（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。
【００３５】
図４（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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
図５（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５（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３参照）。図５（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５（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５（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。
【００３９】
なお、図３（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。
【００４０】
ところで、図５（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３）を発生することが可能である。
【００４１】
図６（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６（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。
【００４２】
Ａ２．駆動回路ユニットの構成：
図７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７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。
【００４３】
図８は、ドライバ回路１５０（図７）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。
【００４４】
図９は、駆動制御部１００（図７）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９（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。
【００４５】
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８）を生成する。この動作については後述する。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
図９（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９（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９（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。
【００５１】
図１０（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９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。
【００５２】
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１０（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１０（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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７）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。
【００５５】
図１１は、ＰＷＭ部５３０（図９）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。
【００５６】
図１２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１２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。
【００５７】
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１２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。
【００５８】
図１３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１２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。
【００５９】
図１４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。
【００６０】
図１４（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１４（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。
【００６１】
図１５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３）。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。
【００６２】
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３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。
【００６３】
図１６は、ドライバ回路１５０（図７）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８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８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７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。
【００６４】
図１７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。
【００６５】
図１８は、図７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。
【００６６】
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。
【００６７】
なお、図７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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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１４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１４（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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
このように、第１実施例の電動装置７００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。さらに、この電動装置７００の構造では、軸部６４を中心として、異なる又は同一の特性を有する３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを設けることが可能となる。
【００７５】
Ａ３．第１実施例の電動装置の構成の変形例：
図１９及び図２０は、第１実施例の電動装置７００の他の例を示す断面図である。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、ブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを歯車の一部として用いることも可能である（図１９）。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２０）。
【００７６】
このように、電動装置７００が備えるブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃはそれぞれ独立して制御し、駆動させることができるため、この電動装置７００を歯車やプーリーに適用すれば、独立して駆動させる歯車等の省スペース化を図ることが可能となる。
【００７７】
図２１は、第１実施例の電動装置７００の他の例を示す断面図である。上記第１実施例では、ブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃのそれぞれの外周部に、それぞれ車輪部７１を取り付けていたが、この代わりに、３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃの外周部に、１つの大きな車輪部７２を取り付けることもできる。３つのブラシレスモータ７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃを用いて、車輪部７２を同じ回転方向、同じ回転速度で回転させたい場合には、このような構成としても、モータが１つの場合と比較して高トルク又は高出力を得ることが可能となる。
【００７８】
Ｂ．第２実施例：
図２２は、第２実施例の電動装置７５０の構成を示す断面図である。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と、モータが３つから２つになっている点と、車輪部７１の代わりに、羽根７１ｄを取り付けて、ファンモータとし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。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。さらに、第１のブラシレスモータ７５０Ａと、第２のブラシレスモータ７５０Ｂの回転方向を互いに逆向きに設定すれば、ファンモータの送風効率を高くすることが可能となる。
【００７９】
なお、図２２ではファンモータとして記載したが、この電動装置７５０を二重反転ロータとして用いれば、複雑な軸部の機構を用いることなく、二重反転型のヘリコプターを容易に実現することができる。二重反転ロータの他にも、この電動装置７５０を二重反転プロペラや二重反転スクリューに適用すれば、航空機や船舶の動力源としても適用することができる。また、この電動装置７５０は、二重反転型に限られず、三重反転以上にも適用することができ、安定した揚力や推進力を容易に得ることができる。
【００８０】
Ｃ．第３実施例：
図２３は、第３実施例の電動装置８００の構成を示す断面図である。なお、この図２３では磁気センサと、駆動回路ユニットと、電力線等は省略している。この電動装置８００は、軸部８３０に固定されたステータ部８０４，８０８と、軸部８３０を中心として回転するロータ部８０２，８０６とを備えている。ステータ部８０４，８０８およびロータ部８０２，８０６は、略円盤状の形状を有している。ロータ部８０２，８０６は、それぞれ羽根８３２，８３４を有しており、軸受け部８２４，８２２を介して回転することが可能である。軸部８３０は、軸固定部８２８によって電動装置支持部材８２６に取り付けられており、軸部８３０自身が回転しないように固定されている。また、軸部８３０の上端部には、密閉キャップ８３６が取り付けられている。
【００８１】
ロータ部８０２は、永久磁石８１０を備えており、ステータ部８０４が備える電磁コイル８１２によって、軸部８３０を中心として回転することができる。一方、ロータ部８０６は、永久磁石８１６，８１８を備えており、ステータ部８０４，８０８が備える電磁コイル８１４，８２０によって、軸部８３０を中心として回転することができる。
【００８２】
以上のような構成の電動装置とすれば、ロータ部８０２とロータ部８０６とを独立して駆動させることが可能となる。したがって、ロータ部８０２と、ロータ部８０６とを互いに逆方向に回転させれば、効率の良い加圧機としてこの電動装置８００を用いることができる。
【００８３】
Ｄ．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。
【００８４】
Ｄ１．変形例１：
上記第１、第２実施例の電動装置７００，７５０では、軸部６４に対して２つまたは３つのブラシレスモータを備えていたが、電動装置が備えるブラシレスモータの数は２つや３つに限られず、任意の数とすることが可能である。
【００８５】
Ｄ２．変形例２：
上記第１実施例では、ホイール部７０に車輪部７１や歯車７１ｂ等を取り付けていたが、この代わりに、ロータ部３０に直接、車輪部７１や歯車７１ｂ等を取り付けることとしてもよい。
【００８６】
Ｄ３．変形例３：
上記第３実施例の電動装置８００では、ロータ部８０２，８０６に羽根８３２，８３４を取り付けていたが、この代わりに、任意の種類の被駆動部材を取り付けることが可能である。例えば、切削用の切削刃をロータ部８０２，８０６に取り付ければ、切削機としてもこの電動装置８００を用いることが可能となる。また、ロータ部の数は２つに限られず、３以上の任意の数とすることも可能である。
【００８７】
Ｄ４．変形例４：
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、鉄道車両、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明の電動装置は、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明による電動装置をスピンドルモータとして使用することが可能である。
【００８８】
図２４は、本発明の実施例による電動装置を利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ９００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源９１０Ｒ、９１０Ｇ、９１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ９４０Ｒ、９４０Ｇ、９４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム９５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系９６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン９７０と、プロジェクタ９００の全体を制御する制御部９８０と、を備えている。冷却ファン９７０を駆動するモータとしては、上述した各種の電動装置を利用することができる。
【００８９】
図２５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例による電動装置を利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図２５（Ａ）は携帯電話１０００の外観を示しており、図２５（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話１０００は、携帯電話１０００の動作を制御するＭＰＵ１０１０と、ファン１０２０と、燃料電池１０３０とを備えている。燃料電池１０３０は、ＭＰＵ１０１０やファン１０２０に電源を供給する。ファン１０２０は、燃料電池１０３０への空気供給のために携帯電話１０００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池１０３０で生成される水分を携帯電話１０００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン１０２０を図２５（Ｃ）のようにＭＰＵ１０１０の上に配置して、ＭＰＵ１０１０を冷却するようにしてもよい。ファン１０２０を駆動するモータとしては、上述した各種の電動装置を利用することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１…電動装置支持部材
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
７２…車輪部
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
７００…電動装置
７００Ａ，７００Ｂ，７００Ｃ…ブラシレスモータ
７５０…電動装置
７５０Ａ，７５０Ｂ…ブラシレスモータ
８００…電動装置
８０２…ロータ部
８０４…ステータ部
８０６…ロータ部
８１０…永久磁石
８１２…電磁コイル
８１４…電磁コイル
８１６…永久磁石
８２４…軸受け部
８２６…電動装置支持部材
８２８…軸固定部
８３０…軸部
８３２…羽根
８３６…密閉キャップ
９００…プロジェクタ
９１０Ｒ，９１０Ｇ，９１０Ｂ…光源
９４０Ｒ，９４０Ｇ，９４０Ｂ…液晶ライトバルブ
９５０…クロスダイクロイックプリズム
９６０…投写レンズ系
９７０…冷却ファン
９８０…制御部
１０００…携帯電話
１０１０…ＭＰＵ
１０２０…ファン
１０３０…燃料電池
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動装置であって、
電磁コイルと位置センサとを有する複数のステータと、
前記複数の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複数のロータと、
を備え、
前記複数のロータには、前記電動装置で駆動される被駆動部材が連結されている、電動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動装置であって、
前記複数のロータには、共通の１つの前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【請求項３】
請求項１記載の電動装置であって、
前記複数のそれぞれのロータには、それぞれ別の前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【請求項４】
請求項３記載の電動装置であって、
前記複数のロータは、前記複数のステータによってそれぞれ独立して駆動される、電動装置。
【請求項５】
請求項１または４記載の電動装置であって、
前記被駆動部材は、羽根である、電動装置。
【請求項１】
電動装置であって、
電磁コイルと位置センサとを有する複数のステータと、
前記複数の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複数のロータと、
を備え、
前記複数のロータには、前記電動装置で駆動される被駆動部材が連結されている、電動装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動装置であって、
前記複数のロータには、共通の１つの前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【請求項３】
請求項１記載の電動装置であって、
前記複数のそれぞれのロータには、それぞれ別の前記被駆動部材が連結されている、電動装置。
【請求項４】
請求項３記載の電動装置であって、
前記複数のロータは、前記複数のステータによってそれぞれ独立して駆動される、電動装置。
【請求項５】
請求項１または４記載の電動装置であって、
前記被駆動部材は、羽根である、電動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１３−１７３８９（Ｐ２０１３−１７３８９Ａ）
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１９１２２２（Ｐ２０１２−１９１２２２）
【出願日】平成２４年８月３１日（２０１２．８．３１）
【分割の表示】特願２００７−２６９３１４（Ｐ２００７−２６９３１４）の分割
【原出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月２４日（２０１３．１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年８月３１日（２０１２．８．３１）
【分割の表示】特願２００７−２６９３１４（Ｐ２００７−２６９３１４）の分割
【原出願日】平成１９年１０月１６日（２００７．１０．１６）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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