JP2008043183A - 電動モータのセンサ出力の補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】磁気センサの出力に関する誤差を考慮しつつ、正確なモータ制御を実現する技術を提供する。
【解決手段】電動モータは、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、前記磁石列と前記コイル列の相対位置に応じてアナログ的変化を示す出力信号を出力する磁気センサとを有する。前記磁気センサの出力信号の補正方法は、（ａ）前記磁気センサの出力信号の電圧レベルを取得する工程と、（ｂ）前記取得された電圧レベルに基づいて、前記電動モータの動作時において前記磁気センサの出力信号が所定の波
【選択図】図１８

Description

この発明は、永久磁石と電磁コイルとを利用した電動モータに関する。

永久磁石と電磁コイルとを利用した電動モータとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたものなどが知られている。

特開２００１−２９８９８２号公報

この従来技術の電動モータでは、デジタル磁気センサからのオン／オフ信号を用いて制御を行っている。具体的には、デジタル磁気センサのオン／オフ信号を用いて、電磁コイルへの印加電圧の極性反転のタイミングが決定されている。

磁気センサとしては、アナログ出力を有するもの（いわゆるアナログ磁気センサ）も存在する。しかし、アナログ磁気センサをモータの制御に利用する場合には、モータの各種の製造誤差に起因して、センサ出力にかなりの誤差が発生してしまい、良好なモータ制御を行えない場合があった。アナログ磁気センサの出力に影響するモータの製造誤差としては、例えば、磁気センサの設置位置の誤差や、永久磁石の着磁誤差に起因するＮ極とＳ極の境界位置の誤差、磁気センサ内部の素子部の実装位置の誤差等が存在する。しかしながら、従来は、これらの誤差を考慮しつつ、アナログ磁気センサを利用して正確なモータ制御を実現する工夫が十分されていないのが実情であった。このような問題は、アナログ磁気センサを使用した場合に限らず、多値のアナログ的出力を有するデジタル磁気センサを使用した場合にも共通する問題であった。

本発明は、磁気センサの出力に関する誤差を考慮しつつ、正確なモータ制御を実現する技術を提供することを目的とする。

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なされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 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、前記磁石列と前記コイル列の相対位置に応じてアナログ的変化を示す出力信号を出力する磁気センサとを有する電動モータにおいて、前記磁気センサの出力信号の波形を補正する方法であって、
（ａ）前記磁気センサの出力信号の電圧レベルを取得する工程と、
（ｂ）前記取得された電圧レベルに基づいて、前記電動モータの動作時において前記磁気センサの出力信号が所定の波形形状になるように、前記磁気センサの出力信号の波形を補正する工程と、
を備える方法。

この方法によればは、磁気センサの出力信号が所定の波形形状になるように補正を行うので、磁気センサの出力信号のアナログ的変化を利用してコイル列に望ましい波形の印加電圧を印加することができる。この結果、磁気センサの出力に誤差が生じていても、正確なモータ制御を実現することが可能である。

［適用例２］ 適用例１記載の方法であって、前記磁気センサの出力信号のオフセット補正を実行するために前記工程（ａ），（ｂ）を実行する工程と、
前記磁気センサの出力信号のゲイン補正を実行するために前記工程（ａ），（ｂ）を実行する工程と、
を含む、方法。

ゲイン補正とオフセット補正とを行えば、磁気センサの出力信号を所望の波形形状に容易に補正することが可能である。

［適用例３］ 適用例２記載の方法であって、
前記オフセット補正を実行する工程は、
前記電動モータのロータを回転させて前記磁気センサの出力信号の複数のピーク値を取得する工程を含み、
前記複数のピーク値に基づいて、前記オフセット補正の補正値を決定する工程を含む、方法。

［適用例４］ 適用例２又は３記載の方法であって、
前記ゲイン補正を実行する工程は、
前記電動モータのロータを回転させて前記磁気センサの出力信号の複数のピーク値を取得する工程を含み、
前記複数のピーク値に基づいて、前記ゲイン補正の補正値を決定する工程を含む、方法。

オフセット補正やゲイン補正において磁気センサの出力信号の複数のピーク値を利用すれば、複数の磁石全体を考慮した上で、好ましい出力信号波形を得ることが可能である。

［適用例５］ 適用例２ないし４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
前記ゲイン補正の補正値とオフセット補正の補正値とを、前記電動モータ内に設けられた不揮発性メモリに記憶させる工程を含む、方法。

この構成によれば、ゲイン補正値とオフセット補正値とを一度設定すれば、所望のセンサ出力をいつでも得ることが可能である。

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、電動モータ、その制御方法及び制御回路、電動モータのセンサの補正方法及び装置、それらを用いたアクチュエータや、電子機器、家電機器等の形態で実現することができる。

次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
A．電動モータの構成：
B．駆動制御回路の構成：
C．センサ出力の補正：
D．駆動制御回路の他の実施例：
E．センサ出力補正の他の実施手順：
F．変形例：

A．電動モータの構成：
図１（Ａ）は、本発明の一実施例としての電動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、それぞれ略円盤状のステータ部１０及びロータ部３０を有している。ロータ部３０は、複数の磁石を有する磁石列３４Ｍを有しており、回転軸１１２に固定されている。磁石列３４Ｍの磁化方向は上下方向である。ステータ部１０は、ロータ部３０の上部に配置されたＡ相コイル列１４Ａと、ロータ部３０の下部に配置されたＢ相コイル列２４Ｂとを有している。

図１（Ｂ）〜（Ｄ）は、ステータ部１０の第１のコイル列１４Ａと、ロータ部３０と、ステータ部１０の第２のコイル列２４Ｂとを分離して示したものである。この例では、Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂは、それぞれ６つのコイルを有しており、磁石列３４Ｍも６つの磁石を有している。但し、コイルや磁石の数は任意の値に設定することが可能である。

図２（Ａ）は、コイル列１４Ａ，２４Ｂと磁石列３４Ｍの位置関係を示している。Ａ相コイル列１４Ａは支持部材１２Ａに固定されており、Ｂ相コイル列２４Ｂは支持部材２２Ｂに固定されている。Ａ相コイル列１４Ａは、逆方向に励磁される２種類のコイル１４Ａ１，１４Ａ２が一定のピッチＰｃで交互に配置されたものである。図２（Ａ）の状態では、３つのコイル１４Ａ１は磁化方向（Ｎ極からＳ極に向く方向）が下向きになるように励磁されており、また、他の３つのコイル１４Ａ２は磁化方向が上向きになるように励磁されている。Ｂ相コイル列２４Ｂも、逆方向に励磁される２種類のコイル２４Ｂ１，２４Ｂ２が一定のピッチＰｃで交互に配置されたものである。なお、本明細書では、「コイルピッチＰｃ」は、Ａ相コイル列のコイル同士のピッチ、または、Ｂ相コイル列のコイル同士のピッチとして定義されている。

ロータ部３０の磁石列３４Ｍは、支持部材３２Ｍに固定されている。この磁石列３４Ｍの永久磁石は、磁化方向が磁石列３４Ｍの配列方向（図２（Ａ）の左右方向）とは垂直な方向に向くようにそれぞれ配置されている。磁石列３４Ｍの磁石は、一定の磁極ピッチＰｍで配置されている。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、コイル列に供給されるの駆動信号の位相が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、Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂの駆動信号の位相が２πだけ変化すると、磁石列３４ＭがコイルピッチＰｃの２倍だけ移動する。

なお、Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂは、電気角で互いにπ／２だけ異なる位置に配置されている。Ａ相コイル１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂは、位置が異なるだけであり、他の点は実質的に同じ構成を有している。従って、以下では、コイル列に関する説明の際に特に必要な場合を除いてＡ相コイル列についてのみ説明する。

図２（Ｂ）は、Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂに供給される交流駆動信号の波形の一例を示している。Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂには、二相交流信号がそれぞれ供給される。また、Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂの駆動信号の位相はπ／２だけ互いにずれている。図２（Ａ）の状態は、位相ゼロ（又は２π）の状態に相当する。

図２（Ａ）に示すように、モータ本体１００は、さらに、Ａ相コイル列１４Ａ用のアナログ磁気センサ１６Ａと、Ｂ相コイル列２４Ｂ用のアナログ磁気センサ２６Ｂとを有している。これらを以下では「Ａ相センサ」、「Ｂ相センサ」と呼ぶ。Ａ相センサ１６ＡはＡ相コイル列１４Ａの２つのコイルの間の中央の位置に配置されており、Ｂ相センサ２６ＢはＢ相コイル列２４Ｂの２つコイルの間の中央の位置に配置されている。本実施例では、これらのセンサ１６Ａ，２６Ｂのアナログ出力を利用して、図１（Ｂ）に示す交流駆動信号が生成される。これらのセンサ１６Ａ，２６Ｂ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。

図３は、磁気センサの出力波形の例を示す説明図である。この例では、Ａ相センサ出力ＳＳＡとＢ相センサ出力ＳＳＢは、いずれも正弦波である。これらのセンサ出力は、Ａ相コイル１４ＡとＢ相コイル２４Ｂの逆起電力とほぼ同じ波形形状を有している。逆起電力の波形は、コイル形状や磁石とコイルとの位置関係にも依存するが、正弦波か、正弦波に近い波形となるのが普通である。なお、「逆起電力」を「誘起電圧」とも呼ぶ。

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、逆起電力と同じ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、「逆起電力と同じ波形の電圧」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。

図４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、コイルは逆起電力Ｅｃと抵抗とで模擬されている。また、この回路では、印加電圧Ｅ１及びコイルと並列に電圧計Ｖが接続されている。コイルに電圧Ｅ１を印加してモータを駆動すると、印加電圧Ｅ１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Ｅ１と同じ極性である。上述の説明において「逆起電力と同じ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と同じ極性及び波形を有する電圧を印加することを意味している。

上述したように、モータを駆動する場合には、逆起電力と同じ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。逆起電力と同じ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、振動や騒音が発生するという問題も生じる。

上述の説明から理解できるように、逆起電力と同じ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。

図５（Ａ），５（Ｂ）は、Ａ相コイル列１４Ａの２種類のコイル１４Ａ１，１４Ａ２の結線方法を示す図である。図５（Ａ）の結線方法では、Ａ相コイル列１４Ａに含まれるすべてのコイルが、駆動制御回路３００に対して直列に接続されている。一方、図５（Ｂ）の結線方法では、一対のコイル１４Ａ１，１４Ａ２で構成される直列接続が、複数組並列に接続されている。このいずれの結線方法の場合にも、２種類のコイル１４Ａ１，１４Ａ２は、常に逆の極性に磁化される。

図６（Ａ）〜６（Ｄ）は、本実施例の電動モータの動作を示している。なお、この例では、コイル列１４Ａ，２４Ｂに対して磁石列３４Ｍが時間の経過とともに右に移動する様子が描かれている。これらの図の左右方向は、図１に示すロータ部３０の回転方向に相当することが理解できる。

図６（Ａ）は位相が２πの直前のタイミングの状態を示している。なお、コイルと磁石との間に描かれた実線の矢印は吸引力の方向を示しており、破線の矢印は反発力の方向を示している。この状態では、Ａ相コイル列１４Ａは磁石列３４Ｍに対して動作方向（図の右方向）の駆動力を与えておらず、磁石列３４ＭをＡ相コイル列１４Ａに引きつける方向に磁力が働いている。従って、位相が２πのタイミングでは、Ａ相コイル列１４Ａへの印加電圧をゼロにすることが好ましい。一方、Ｂ相コイル列２４Ｂは、磁石列３４Ｍに動作方向の駆動力を与えている。また、Ｂ相コイル列２４Ｂは磁石列３４Ｍに対して吸引力だけで無く反発力も与えているので、Ｂ相コイル列２４Ｂから磁石列３４Ｍに対する上下方向（磁石列３４Ｍの動作方向と垂直な方向）の正味の力はゼロである。従って、位相が２πのタイミングでは、Ｂ相コイル列２４Ｂへの印加電圧をピーク値にすることが好ましい。

図６（Ｂ）に示されているように、位相が２πのタイミングでＡ相コイル列１４Ａの極性が反転する。図６（Ｂ）は、位相がπ／４の状態であり、Ａ相コイル列１４Ａの極性が図６（Ａ）から反転している。この状態では、Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂが、磁石列３４Ｍの動作方向に同じ駆動力を与えている。図６（Ｃ）は、位相がπ／２直前の状態である。この状態は、図６（Ａ）の状態とは逆に、Ａ相コイル列１４Ａのみが、磁石列３４Ｍに動作方向の駆動力を与えている。位相がπ／２のタイミングではＢ相コイル列２４Ｂの極性が反転し、図６（Ｄ）に示す極性となる。図６（Ｄ）は、位相が３π／４の状態である。この状態では、Ａ相コイル列１４ＡとＢ相コイル列２４Ｂが、磁石列３４Ｍの動作方向に同じ駆動力を与えている。

図６（Ａ）〜６（Ｄ）から理解できるように、Ａ相コイル列１４Ａの極性は、Ａ相コイル列１４Ａの各コイルが磁石列３４Ｍの各磁石と対向するタイミングで切り換えられる。Ｂ相コイル列も同様である。この結果、すべてのコイルからほとんど常に駆動力を発生させ得るので、大きなトルクを発生することが可能である。

なお、位相がπ〜２πの期間は、図６（Ａ）〜６（Ｄ）とほぼ同様なので詳しい説明を省略する。但し、Ａ相コイル列１４Ａの極性は位相がπのタイミングで再び反転し、Ｂ相コイル列２４Ｂの極性は位相が３π／２のタイミングで再び反転する。

上述の説明から理解できるように、本実施例の電動モータは、コイル列１４Ａ，２４Ｂと磁石列３４Ｍとの間の吸引力と反発力を利用することによって、磁石列３４Ｍに対する動作方向の駆動力を得ている。特に、本実施例では、磁石列３４Ｍを挟んだ両側にコイル列１４Ａ，２４Ｂが配置されているので、磁石列３４Ｍの両側の磁束を駆動力の発生に利用することができる。従って、従来の電動モータのように、磁石の片側のみを駆動力の発生に利用する場合に比べて磁束の利用効率が高く、効率が良くトルクの大きなモータを実現することができる。但し、２つのコイル列１４Ａ，２４Ｂの一方を省略することも可能である。

なお、支持部材１２Ａ，２２Ｂ，３２Ｍは、非磁性体材料でそれぞれ形成されていることが好ましい。また、本実施例のモータ本体の各種の部材のうちで、コイルやセンサを含む電気配線と、磁石と、回転軸と、その軸受け部以外の部材は、すべて非磁性で非導電性の材料で形成されていることが好ましい。磁性体製のコアが設けないようにすれば、いわゆるコギングが発生せず、なめらかで安定した動作を実現することができる。また、磁気回路を構成するためのヨークを設けないようにすれば、いわゆる鉄損（渦電流損）が極めて少なく、効率の良いモータを実現することができる。

B．駆動制御回路の構成：
図７は、本実施例のモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。図７（Ａ）は、センサ波形のキャリブレーション時の構成を示し、図７（Ｂ）は、実用時の構成を示している。なお、「センサ波形のキャリブレーション」は、「センサの出力波形の補正」と同義語である。

図７（Ａ）に示すように、キャリブレーション時には、モータ本体１００の接続部９０（コネクタ）に、キャリブレーション用の駆動制御回路２００が接続される。この駆動制御回路２００は、電源回路２１０と、ＣＰＵ２２０と、Ｉ／Ｏインタフェース２３０と、ＰＷＭ制御部２４０と、ドライバ回路２５０と、通信部２６０とを備えている。電源回路２１０は、駆動制御回路２００内の各回路と、モータ本体１００とに電源を供給する。ＣＰＵ２２０は、駆動制御回路２００内の各回路に設定値を設定することによって、駆動制御回路２００の動作を制御する。Ｉ／Ｏインタフェース２３０は、モータ本体１００から供給されるセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢを受信して、ＣＰＵ２２０に供給する機能を有している。ＣＰＵ２２０は、受信したセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢが所望の波形形状を有しているか否かを判断し、所望の波形形状になるようにオフセット補正値Ｐoffsetとゲイン補正値Ｐgainとを決定する。この決定方法については後で詳述する。なお、以下では、オフセット補正値を単に「オフセット」とも呼び、ゲイン補正値を単に「ゲイン」とも呼ぶ。

ＰＷＭ制御部２４０は、コイル駆動用のＰＷＭ信号を生成する。ドライバ回路２５０は、コイルを駆動するためのブリッジ回路である。ＰＷＭ制御部２４０とドライバ回路２５０の回路構成と動作に付いては後述する。通信部２６０は、キャリブレーションによって決定されたオフセット補正値Ｐoffsetとゲイン補正値Ｐgainとをセンサ１６Ａ，２６Ｂに供給して記憶させる機能を有している。また、通信部２６０は、センサ１６Ａ，２６Ｂ内に記憶している補正値Ｐoffset，Ｐgainを外部装置に送信する機能も有している。なお、Ａ相センサ１６Ａ用の補正値とＢ相センサ２６Ｂ用の補正値とを区別するために、通信部２６０は、各センサのＩＤコード（識別信号）を補正値とともに送受信する。このようにＩＤコードを用いて補正値を送信すれば、１つの通信用バスを介して複数のセンサの補正値を互いに区別して送信することが可能である。

図７（Ｂ）に示すように、モータの実用時には、モータ本体１００の接続部９０に、キャリブレーション時とは異なる駆動制御回路３００が接続される。この駆動制御回路３００は、キャリブレーション用の駆動制御回路２００から、通信部２６０を省略したものに相当する。なお、図７（Ａ），（Ｂ）において、ＣＰＵ２２０を省略してもよい。ＣＰＵ２２０を省略した場合には、本実施例で説明するＣＰＵ２２０の機能は、他の回路（論理回路や不揮発性メモリ等）によって実現される。あるいは、ＣＰＵ２２０の代わりに通信回路又はインタフェイス回路を設け、その回路で外部装置から各種の動作指示を受けて駆動制御回路２００内部の回路要素に指示を転送するようにしてもよい。

図８は、ドライバ回路２５０の内部構成を示している。Ａ相ドライバ回路２５２は、Ｈ型ブリッジ回路であり、交流駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じてＡ相コイル列１４Ａを駆動する。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、駆動信号ＤＲＶＡ１，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２５４の構成もＡ相ドライバ回路２５２の構成と同じであり、交流駆動信号ＤＲＶＢ１，ＤＲＶＢ２によって電流ＩＢ１，ＩＢ２が流れることが示されている。

図９は、本実施例で使用する磁気センサ１６Ａの内部構成を示すブロック図である。なお、Ａ相センサ１６ＡとＢ相センサ２６Ｂは同一の構成を有しているので、以下ではＡ相センサ１６Ａについてのみ説明する。

磁気センサ１６Ａは、磁気センサ素子４１０と、オフセット補正回路４２０と、ゲイン補正回路４３０と、オフセット記憶部４４０と、ゲイン記憶部４５０と、増幅器４６０と、ＩＤコード記録部４７０と、通信部４８０とを備えている。磁気センサ素子４１０は、例えばホール素子である。

通信部４８０は、キャリブレーション時（図７（Ａ））において、駆動制御回路２００と通信して、センサ出力のオフセット補正値Ｐoffsetとゲイン補正値Ｐgainを、センサＩＤと共に受け取る。センサ内部のＩＤコード記録部４７０には、センサ固有のＩＤが記録されているか、又は、外部スイッチを用いてＩＤが設定されている。図９の例では、ディップスイッチなどの外部スイッチ４７２を用いてＩＤを設定することが可能である。但し、ＩＤは、ディップスイッチ以外の種々の任意の手段でモータ内に記録することが可能である。例えば、外部スイッチ４７２を省略し、不揮発性メモリでＩＤコード記録部４７０を構成することも可能である。通信部４８０は、駆動制御回路２００から供給されたＩＤが、ＩＤコード記録部４７０のＩＤと一致する場合には、オフセット補正値Ｐoffsetとゲイン補正値Ｐgainをそれぞれの記憶部４４０，４５０に格納する。オフセット補正回路４２０とゲイン補正回路４３０は、これらの補正値Ｐoffset，Ｐgainに従って磁気センサ素子４１０の出力波形を補正する。補正後のセンサ出力は、増幅器４６０で増幅されて、センサ出力ＳＳＡとして出力される。

これらの説明から理解できるように、図９の回路要素４２０，４３０，４４０，４５０は、センサ１６Ａの出力波形を補正する出力波形補正部として機能する。なお、記憶部４４０，４５０は、不揮発性メモリで構成することが好ましい。

図１０は、ＰＷＭ制御部２４０（図７）の内部構成と動作を示す説明図である。ＰＷＭ制御部２４０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５５０，５５２と、符号化部５６０，５６２と、ＡＤ変換部５７０，５７２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。

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ＣＰＵ２２０（図７（Ａ））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５５０，５５２から供給される乗算値Ｍａ，Ｍｂ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５６０，５６２から供給される正負符号信号Ｐａ，Ｐｂと、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａ，Ｅｂとに応じて、交流駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２，ＤＲＶＢ１，ＤＲＶＢ２（図８）を生成する。この動作については後述する。

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ＣＰＵ２２０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，Ｍｂ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｅａ，Ｅｂは以下のように決定される。なお、乗算器５５０と符号化部５６０とＡＤ変換部５７０はＡ相用の回路であり、乗算器５５２と符号化部５６２とＡＤ変換部５７２はＢ相用の回路である。これらの回路群の動作は同じなので、以下ではＡ相用の回路の動作について主に説明する。

磁気センサの出力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。

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〜−１２８）の値を取る。但し、符号化部５６０から乗算器５６０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。

電圧指令値レジスタ５８０は、ＣＰＵ２２０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。

図１０（Ｂ）〜１０（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１０（Ｂ）〜１０（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が正のときにのみパルスを発生する信号であるが、図１０（Ｂ）〜１０（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。

図１１（Ａ）〜１１（Ｄ）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」はハイインピーダンス状態を意味している。図１０で説明したように、Ａ相用の駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２はＡ相センサ出力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。Ｂ相用の駆動信号ＤＲＶＢ１，ＤＲＶＢ２も同様である。従って、これらの駆動信号を用いて、Ａ相コイルとＢ相コイルに、センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ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。

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，Ｅｂ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１１（Ｅ），１１（Ｆ）は、励磁区間信号Ｅａ，Ｅｂ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１１（Ｃ），１１（Ｄ）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）においてコイルを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（誘起電圧波形）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。

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、実行的な印加電圧を調整することが可能である。

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。Ｂ相についても同様である。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、予め駆動制御回路３００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、駆動制御回路３００が、外部から望ましい印加電圧を受信したときに、ＣＰＵ２２０がその制御信号に応じて、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号ＥａとをＰＷＭ制御部２４０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。

図１２は、ＰＷＭ部５３０（図１０）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５３１，５３２と、ＥＸＯＲ回路５３３，５３４と、駆動波形形成部５３５，５３６とを備えている。カウンタ５３１とＥＸＯＲ回路５３３と駆動波形形成部５３５はＡ相用の回路であり、カウンタ５３２とＥＸＯＲ回路５３４と駆動波形形成部５３６はＢ相用の回路である。これらは以下のように動作する。

図１３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１３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。

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１３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。

図１４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１３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。なお、ＰＷＭ部５３０のＢ相用の回路５３２，５３４，５３６も上述と同様に動作する。

図１５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、ＣＰＵ２２０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。なお、図１５ではＢ相用の回路は図示の便宜上省略されている。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。

図１５（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１５（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、ＣＰＵ２２０が可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行なわれる。

C．センサ出力の補正：
図１６は、センサ出力のオフセット補正の内容を示す説明図である。図１６（Ａ）は、センサ出力の望ましい出力波形ＳＳidealを示している。図１６（Ｂ）は、望ましいセンサ出力ＳＳidealよりも上側にシフトしたセンサ出力ＳＳupと、下側にシフトしたセンサ出力ＳＳdownの例を示している。このような場合には、シフトしているセンサ出力（例えばＳＳup）に上下オフセットＰoffset1を加えることによって、望ましいセンサ出力ＳＳidealに近い波形に補正することができる。この補正は、例えば、出力波形の中位点（出力レベルの中央値を取る位置）が、センサの出力電圧レンジ（ＧＮＤ〜ＶＤＤ）の中央値ＶＤＤ／２から、所定の許容範囲内に収まるように実行される。

図１６（Ｃ）は、望ましいセンサ出力ＳＳidealよりも右側にシフトしたセンサ出力波形ＳＳrigntと、左側にシフトしたセンサ出力ＳＳleftの例を示している。このような場合には、シフトしているセンサ出力（例えばＳＳright）に左右オフセットＰoffset2を加えることによって、望ましいセンサ出力ＳＳidealに近い波形に補正することができる。この補正は、出力波形の中位点（出力レベルの中央値を取る位置）の位相が、センサの出力電圧レンジ（ＧＮＤ〜ＶＤＤ）が中央値ＶＤＤ／２を取る位置の位相から、所定の許容範囲内に収まるように実行される。なお、センサ出力が左右方向にオフセットしているか否かは、モータのロータ部を所定の規定位置（出力波形の中位点となるべき位置）に停止させて、センサ出力がセンサの出力電圧レンジの中央値ＶＤＤ／２となっているか否かを調べることによって判定することができる。

このように、オフセットとしては上下オフセットＰoffset1と左右オフセットＰoffset2との両方を補正可能である。但し、これらの２つのオフセットのうちの一方のみを補正するようにしても実用上は十分な場合が多い。そこで、後述する手順では、２種類のオフセットのうちで上下オフセットＰoffset1のみを補正する場合を説明する。

図１７は、センサ出力のゲイン補正の内容を示す説明図である。図１７（Ａ）は、センサ出力の望ましい出力波形ＳＳidealを示しており、これは図１６（Ａ）と同じものである。図１７（Ｂ）は、望ましいセンサ出力ＳＳidealよりもピークの小さなセンサ出力波形ＳＳsmallの例を示している。この場合には、センサ出力ＳＳsmallに１よりも大きなゲインＰgainを乗じることによって、望ましいセンサ出力ＳＳidealに近い波形に補正することができる。より具体的に言えば、このゲイン補正は、補正後のセンサ出力のピーク値が、所定の許容範囲に収まるように実行される。図１７（Ｃ）は、望ましいセンサ出力ＳＳidealよりもピークの大きなセンサ出力波形ＳＳlargeの例を示している。なお、この出力波形ＳＳlargeでは、電圧範囲の最大値ＶＤＤ（電源電圧）を超えるところはＶＤＤに止まるので、一点鎖線で示すようにピーク部分が扁平になった波形が観察される。この場合には、センサ出力ＳＳlargeに１よりも小さなゲインＰgainを乗じることによって、望ましいセンサ出力ＳＳidealに近い波形に補正することができる。

図１８は、センサ出力のキャリブレーション手順を示すフローチャートである。ステップＳ１００では、キャリブレーション用の駆動制御回路２００をモータ本体１００に装着する（図７（Ａ））。ステップＳ２００では図１６（Ｂ）で説明したオフセット補正を行い、ステップＳ３００では図１７（Ｂ），（Ｃ）で説明したゲイン補正を行う。ステップＳ４００では、駆動制御回路を、実用時の回路３００（図７（Ｂ））に交換する。

図１９は、ステップＳ２００におけるオフセット補正の詳細手順を示すフローチャートである。なお、以下ではＡ相センサのオフセット補正を説明するが、Ｂ相センサについても同じ補正が行われる。なお、１つの磁気センサについてオフセット補正が行われる際には、ＣＰＵ２２０によって、補正対象となる磁気センサのＩＤが最初に指定され、指定された磁気センサに関して補正処理が開始される。

ステップＳ２１０では、ロータ部３０（図１）を回転させて、磁石のＳ極とＮ極との境界位置で磁気センサ１６Ａを停止させる。この操作は、例えば、モータ本体の蓋を開けて手動で行うことができる。ステップＳ２２０では、オフセットＰoffsetの初期値を駆動制御回路２００から磁気センサ１６Ａに送信し、磁気センサ１６Ａ内のオフセット記憶部４４０（図９）内に記憶させる。なお、オフセットＰoffsetの初期値としては、任意の値を使用することができる。但し、オフセット補正によってオフセットＰoffsetを増加したり減少したりできるように、その初期値を０でない正の値に設定しておくことが好ましい。

ステップＳ２３０では、磁気センサ１６Ａが出力する出力信号ＳＳＡの電圧Ｅbcを測定する。ステップＳ２４０では、測定された電圧Ｅbcが許容範囲の最小値Ｅ１min（図１６（Ｂ）参照）以上であるか否かが判定される。電圧Ｅbcが許容範囲の最小値Ｅ１minよりも小さい場合には電圧Ｅbcが許容範囲外にあるので、ステップＳ２５０に移行して、オフセット値Ｐoffsetを１つ加算し、ステップＳ２８０で磁気センサ１６Ａにオフセット値Ｐoffsetを書き込む。一方、ステップＳ２４０において電圧Ｅbcが許容範囲の最小値Ｅ１min以上の場合には、ステップＳ２６０において、電圧Ｅbcが許容範囲の最大値Ｅ１max以下であるか否かがさらに判定される。電圧Ｅbcが許容範囲の最大値Ｅ１maxよりも大きい場合には電圧Ｅbcが許容範囲外にあるので、ステップＳ２７０に移行して、オフセット値Ｐoffsetを１つ減算し、ステップＳ２８０で磁気センサ１６Ａにオフセット値Ｐoffsetを書き込む。一方、ステップＳ２６０において電圧Ｅbcが許容範囲の最大値Ｅ１max以下である場合には、電圧Ｅbcが許容範囲内に収まっているので、図１９の処理を終了する。

図２０は、ステップＳ３００におけるゲイン補正の詳細手順を示すフローチャートである。ゲイン補正についても、Ａ相センサの補正のみを説明する。なお、１つの磁気センサについてゲイン補正が行われる際には、ＣＰＵ２２０によって、補正対象となる磁気センサのＩＤが最初に指定され、指定された磁気センサの補正処理が開始される。

ステップＳ３１０では、ロータ部３０（図１）を回転させて、磁石のＳ極又はＮ極と正対する位置で磁気センサ１６Ａを停止させる。この位置は、磁気センサ１６Ａの磁束密度が最大となる位置である。この操作は、例えばモータ本体の蓋を開けて手動で行うことができる。ステップＳ３２０では、ゲインＰgainの初期値を駆動制御回路２００から磁気センサ１６Ａに送信し、磁気センサ１６Ａ内のゲイン記憶部４５０（図９）内に記憶させる。なお、ゲインＰgainの初期値としては、任意の値を使用することができるが、０でない正の値に設定しておくことが好ましい。

ステップＳ３３０では、磁気センサ１６Ａの出力信号ＳＳＡの電圧Ｅbmを測定する。ステップＳ３４０では、測定された電圧Ｅbmが許容範囲の最小値Ｅ２min（図１７（Ｂ）参照）以上であるか否かが判定される。電圧Ｅbmが許容範囲の最小値Ｅ２minよりも小さい場合には電圧Ｅbmが許容範囲外にあるので、ステップＳ３５０に移行して、ゲイン値Ｐgainを１つ加算し、ステップＳ３８０で磁気センサ１６Ａにゲイン値Ｐgainを書き込む。一方、ステップＳ３４０において電圧Ｅbmが許容範囲の最小値Ｅ２min以上の場合には、ステップＳ３６０において、電圧Ｅbmが許容範囲の最大値Ｅ２max以下であるか否かがさらに判定される。電圧Ｅbmが許容範囲の最大値Ｅ２maxよりも大きい場合には電圧Ｅbmが許容範囲外にあるので、ステップＳ３７０に移行して、ゲイン値Ｐgainを１つ減算し、ステップＳ３８０で磁気センサ１６Ａにゲイン値Ｐgainを書き込む。一方、ステップＳ３６０において電圧Ｅbmが許容範囲の最大値Ｅ２max以下である場合には、電圧Ｅbmが許容範囲内に収まっているので、図２０の処理を終了する。

なお、ゲイン補正時の許容範囲の最大値Ｅ２maxとしては、センサ出力が取りうる最大値（すなわち電源電圧ＶＤＤ）よりも若干小さい値が好ましい。この理由は、センサ出力の電圧は電源電圧ＶＤＤよりも大きく成り得ないので、許容範囲の最大値Ｅ２maxを電源電圧ＶＤＤに設定すると、補正前のセンサ出力ＳＳＡのピークが、図１７（Ｃ）に一点鎖線で示すようにつぶれているか否かを判定できない可能性があるからである。

以上のように、本実施例の電動モータでは、磁気センサ１６Ａ，２６Ｂのそれぞれについて、出力波形のオフセット補正とゲイン補正をそれぞれ行うことが可能である。また、駆動制御回路３００は、これらのセンサのアナログ出力の連続的変化を利用して駆動信号を生成している。従って、磁気センサ１６Ａ，２６Ｂの出力を所定の波形形状に補正することによって、高効率で振動や騒音の少ないモータを実現することが可能である。

D．駆動制御回路の他の実施例：
図２１は、キャリブレーション用の駆動制御回路の他の実施例を示すブロック図である。この駆動制御回路２００ａは、図７（Ａ）に示した駆動制御回路２００から、電源回路２１０と、ＰＷＭ制御部２４０と、ドライバ回路２５０とを省略したものである。モータ本体１００ａへの電源は、接続部９０を介して直接モータ本体１００ａに供給される。ＰＷＭ制御部２４０と、ドライバ回路２５０は、モータ本体１００ａの内部に設けられている。このような構成によっても、図７に示すモータと同様にセンサの出力波形を補正してモータを高効率で運転することが可能である。

図２２は、本発明のさらに他の実施例における磁気センサと駆動信号生成回路の構成を示すブロック図である。この実施例では、磁気センサ１６Ａ，２６Ｂは、磁気センサ素子のみを含んでおり、図９に示した磁気センサ内の他の回路要素４２０〜４８０は磁気センサ内には含まれていない。駆動信号生成回路６００は、増幅器６１０，６２０と、ＡＤ変換部６１２，６２２と、オフセット補正回路６１４，６２４と、ゲイン補正回路６１６，６２６と、ＰＷＭ制御部２４０と、補正値記憶部６６０と、通信部６７０とを有している。オフセット補正回路６１４，６２４は図９に示したオフセット補正回路４２０と同じものであり、ゲイン補正回路６１６，６２６は図９に示したゲイン補正回路４３０と同じものである。補正値記憶部６６０は、Ａ相センサ１６ＡとＢ相センサ２６Ｂの両方に関するオフセット補正値及びゲイン補正値を、それぞれのＩＤコードと関連付けて記憶している。ＰＷＭ制御部２４０は、図１０に示したものと同じである。通信部６７０は、Ｉ／Ｏインタフェース２３０を介してＣＰＵ２２０と接続されている。キャリブレーション時には、センサ１６Ａ，２６Ｂの出力が増幅器６１０，６２０で増幅され、ＡＤ変換部２３２でデジタル信号に変換された後に、Ｉ／Ｏインタフェース２３０を介してＣＰＵ２２０に供給される。

なお、図２２の回路構成では、例えば駆動信号生成回路６００とドライバ回路２５０をモータ本体内に設置し、ＣＰＵ２２０とＩ／Ｏインタフェース２３０とＡＤ変換部２３２とを備える回路をモータ本体の接続部９０（図７（Ａ））に接続するように構成することができる。このような回路構成を採用しても、上記実施例と同様に、センサの出力波形を補正してモータを高効率で運転することが可能である。

図２３は、駆動信号生成回路の他の実施例を示すブロック図である。この駆動信号生成回路６００ａは、図２２に示した駆動信号生成回路６００のＰＷＭ制御部２４０を、プリアンプ部６３０とアンプ部６４０とで置き換えたものであり、他の構成は図２２と同一である。プリアンプ部６３０とアンプ部６４０は、補正されたアナログセンサ出力をそのまま増幅することによって、駆動信号を生成する。このように、ＰＷＭ制御を利用せずに、アナログ回路を用いてセンサ出力を増幅する場合にも、上述したセンサ波形の補正を行うことによって、モータを高効率で運転することが可能である。

E．センサ出力補正の他の実施手順：
図２４は、オフセット補正の他の実施手順を示すフローチャートである。ステップＳ１２００では、ＣＰＵ２２０がロータ部３０を回転させる。図２４の手順では、ロータ部３０が回転し続ける状態で、ＣＰＵ２２０がステップＳ１２１０以降のオフセット補正を実行する。ステップＳ１２１０では、オフセットＰoffsetの初期値を駆動制御回路２００から磁気センサ１６Ａに送信し、磁気センサ１６Ａ内のオフセット記憶部４４０（図９）内に記憶させる。この処理は、図１９のステップＳ２２０と同じである。

ステップＳ１２２０では、センサ出力の最大電圧Ｅbcmaxと最小電圧Ｅbcminとを取得する。これらの電圧Ｅbcmax，Ｅbcminは、例えば図１６（Ｂ）に示したセンサ出力ＳＳup（又はＳＳdown）の上ピーク値と下ピーク値に相当する。ステップＳ１２３０では、最大電圧Ｅbcmaxと最小電圧Ｅbcminの平均値Ｅbctypが算出される。この平均値Ｅbctypは、センサの出力波形の中位点に相当する電圧値である。

ステップＳ１２４０〜Ｓ１２８０は、図１９のステップＳ２４０〜Ｓ２８０とほぼ同じであり、図１９の電圧値Ｅbcを上述の平均値Ｅbctypで置き換えたものに相当する。すなわち、ステップＳ１２４０〜Ｓ１２８０では、平均値Ｅbctypが図１６（Ｂ）に示した許容範囲に収まるようにオフセット値Ｐoffsetが調整される。

この例からも理解できるように、オフセット補正は、センサ電圧のピーク電圧を利用して行うことも可能である。なお、図２４の手順では、図１９の手順のようにセンサ出力波形の注意点に相当する位置にロータ部を位置決めする必要が無いので、補正作業が容易であるという利点がある。

図２５は、ゲイン補正の他の実施手順を示すフローチャートである。ステップＳ１３００では、ＣＰＵ２２０がロータ部３０を回転させる。図２５の手順では、ロータ部３０が回転し続ける状態で、ＣＰＵ２２０がステップＳ１３１０以降のゲイン補正を実行する。ステップＳ１３１０では、ゲインＰgainの初期値を駆動制御回路２００から磁気センサ１６Ａに送信し、磁気センサ１６Ａ内のゲイン記憶部４５０（図９）内に記憶させる。この処理は、図２０のステップＳ３２０と同じである。

ステップＳ１３２０では、センサ出力の最大電圧Ｅbmmaxを所定回数取得する。この最大電圧Ｅbmmaxは、例えば図１７（Ｂ）に示したセンサ出力ＳＳsmall（又は図１７（Ｃ）のＳＳlarge）の上ピーク値に相当する。なお、上ピーク値の代わりに下ピーク値を所定回取得してもよい。なお、ロータ部が１回転する間に現れる上ピーク値の個数は、モータの極数Ｐの１／２に等しい。図１に示した６極モータでは、上ピーク値は１回転に３回現れる。ステップＳ１３２０では、（Ｐ×Ｎ）／２個の最大電圧Ｅbmmaxをサンプリングすることが好ましい。ここで、Ｎは１以上の所定の整数であり、２以上であることが好ましい。ステップＳ１２３０では、（Ｐ×Ｎ）／２個の最大電圧Ｅbmmaxの平均値Ｅbmaveが算出される。

ステップＳ１３４０〜Ｓ１３８０は、図２０のステップＳ３４０〜Ｓ３８０とほぼ同じであり、図２０の電圧値Ｅbmを上述の平均値Ｅbmaveで置き換えたものに相当する。すなわち、ステップＳ１３４０〜Ｓ１３８０では、平均値Ｅcmaveが図１７（Ｂ）に示した許容範囲に収まるようにゲイン値Ｐgainが調整される。

図２５の手順では、図２０の手順のようにセンサ出力波形の注意点に相当する位置にロータ部を位置決めする必要が無いので、補正作業が容易であるという利点がある。また、複数のピーク電圧の平均値を用いてゲイン補正を行うので、複数の磁石の全体を考慮にいれた上で、最も好ましいゲインを設定することが可能である。

図２６は、ゲイン補正のさらに他の実施手順を示すフローチャートである。図２６の手順は、図２５のステップＳ１３３０，Ｓ１３４０，Ｓ１３６０を、ステップＳ１３３５，Ｓ１３４５，Ｓ１３６５に置き換えたものであり、他の手順は図２５と同じである。

ステップＳ１３３５では、（Ｐ×Ｎ）／２個の最大電圧Ｅbmmaxの中の最大値Ｅbmpkが選択される。ステップＳ１３４５，Ｓ１３６５では、この最大値Ｅbmpkを用いてゲイン補正が行われる。このようにしても、適切なゲイン補正値Ｐgainを求めることが可能である。

なお、図２６のステップＳ１３４５，Ｓ１３６５で使用されるしきい値Ｅ２min，Ｅ２maxの値は、図２５のステップＳ１３４０，Ｓ１３６０で使用されるこれらのしきい値Ｅ２min，Ｅ２maxとは異なる値を利用してもよい。

F．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

F１．変形例１：
上記実施例では、センサ出力波形の補正としてゲイン補正とオフセット補正の両方を実行するものとしたが、これらの一方のみを補正するようにしてもよい。また、これらの以外の種類の補正を利用してセンサ出力波形を所望の波形形状に補正するようにしてもよい。なお、上記実施例ではセンサ出力や逆起電力の波形が正弦波であるものとしたが、これらの波形が正弦波と若干異なる場合も本発明を適用可能である。

F２．変形例２：
上記実施例ではアナログ磁気センサを利用していたが、アナログ磁気センサの代わりに、多値のアナログ的出力を有するデジタル磁気センサを使用してもよい。アナログ磁気センサも多値出力を有するデジタル磁気センサも、アナログ的変化を示す出力信号を有する点で共通している。なお、本明細書において、「アナログ的変化を示す出力信号」とは、オン／オフの２値出力ではなく、３値以上の多数レベルを有するデジタル出力信号と、アナログ出力信号との両方を包含する広い意味で使用されている。

F３．変形例３：
上記実施例では、キャリブレーション時の駆動制御回路と実用時の駆動制御回路をそれぞれ用いていたが、この代わりに、キャリブレーション時にも実用時の駆動制御回路をそのまま使用し、キャリブレーション用の回路を接続部９０に接続するようにしてもよい。このキャリブレーション用の回路としては、センサの出力波形の補正値をモータ内に登録する機能を有する任意の回路を利用することができる。

F４．変形例４：
ＰＷＭ回路としては、図１０に示した回路以外の種々の回路構成を採用することが可能である。例えば、センサ出力と基準三角波とを比較することによってＰＷＭ制御を行う回路を利用してもよい。この場合には、ＰＷＭ制御時において、望ましい印加電圧に応じてセンサ出力のゲインが調整されるが、このゲイン調整は、図１７で説明したゲイン補正とは異なるものである。換言すれば、図１７で説明したゲイン補正は、望ましい印加電圧のレベルに拘わらず、センサ出力を所望の波形に整形するための補正である。

F５．変形例５：
上記実施例では、６極２相のブラシレスＤＣモータを説明したが、本発明はこれ以外の種々の電動モータに適用可能である。例えば、極数と相数としては、それぞれ任意の整数を採用することができる。なお、単相モータ等において、センサが１つのみしか設けられていない場合には、センサのＩＤは不要である。

F６．変形例６：
本発明のモータは、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、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、燃料電池式携帯電話など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。本発明のモータは、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、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。

実施例における電動モータのモータ本体の構成を示す断面図である。 実施例におけるコイル列と磁石列の位置関係を示す説明図である。 磁気センサの出力波形を示す説明図である。 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。 コイルの結線方法を示す説明図である。 実施例における電動モータの動作原理を示す説明図である。 実施例のモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。 ドライバ回路の内部構成を示す図である。 磁気センサの内部構成を示すブロック図である。 ＰＷＭ制御部２４０の内部構成と動作を示す説明図である。 センサ出力波形と駆動信号波形の対応関係を示す説明図である。 ＰＷＭ部の内部構成を示すブロック図である。 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。 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。 励磁区間設定部の内部構成と動作を示す説明図である。 センサ出力のオフセット補正の内容を示す説明図である。 センサ出力のゲイン補正の内容を示す説明図である。 センサ出力のキャリブレーション手順を示すフローチャートである。 オフセット補正の詳細手順を示すフローチャートである。 ゲイン補正の詳細手順を示すフローチャートである。 キャリブレーション用の駆動制御回路の他の実施例を示すブロック図である。 本発明のさらに他の実施例における磁気センサと駆動信号生成回路の構成を示すブロック図である。 駆動信号生成回路の他の実施例を示すブロック図である。 オフセット補正の他の実施手順を示すフローチャートである。 ゲイン補正の他の実施手順を示すフローチャートである。 ゲイン補正のさらに他の実施手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…ステータ部
１２Ａ…支持部材
１４Ａ…Ａ相コイル列
１６Ａ…Ａ相センサ（アナログ磁気センサ）
２２Ｂ…支持部材
２４Ｂ…Ｂ相コイル列
２６Ｂ…Ｂ相センサ（アナログ磁気センサ）
３０…ロータ部
３２Ｍ…支持部材
３４Ｍ…磁石列
９０…接続部
１００…モータ本体
１１２…回転軸
２００…駆動制御回路（キャリブレーション時）
２１０…電源回路
２２０…ＣＰＵ
２３０…Ｉ／Ｏインタフェース
２３２…ＡＤ変換部
２４０…ＰＷＭ制御部
２５０…ドライバ回路
２５２…Ａ相ドライバ回路
２５４…Ｂ相ドライバ回路
２６０…通信部
３００…駆動制御回路（実用時）
４１０…磁気センサ素子
４２０…オフセット補正回路
４３０…ゲイン補正回路
４４０…オフセット記憶部
４５０…ゲイン記憶部
４６０…増幅器
４７０…ＩＤコード記録部
４８０…通信部
５１０…基本クロック生成回路
５２０…分周器
５３０…ＰＷＭ部
５３１，５３２…カウンタ
５３３，５３４…ＥＸＯＲ回路
５３５，５３６…駆動波形形成部
５４０…レジスタ
５５０，５５２…乗算器
５６０，５６２…符号化部
５７０，５７２…ＡＤ変換部
５８０…電圧指令値レジスタ
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
６００…駆動信号生成回路
６１０，６２０…増幅器
６１２，６２２…ＡＤ変換部
６１４，６２４…オフセット補正回路
６１６，６２６…ゲイン補正回路
６３０…プリアンプ部
６４０…アンプ部
６６０…記憶部
６７０…通信部

Claims (5)

1. 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、前記磁石列と前記コイル列の相対位置に応じてアナログ的変化を示す出力信号を出力する磁気センサとを有する電動モータにおいて、前記磁気センサの出力信号の波形を補正する方法であって、
   （ａ）前記磁気センサの出力信号の電圧レベルを取得する工程と、
   （ｂ）前記取得された電圧レベルに基づいて、前記電動モータの動作時において前記磁気センサの出力信号が所定の波形形状になるように、前記磁気センサの出力信号の波形を補正する工程と、
   を備える方法。
2. 請求項１記載の方法であって、
   前記磁気センサの出力信号のオフセット補正を実行するために前記工程（ａ），（ｂ）を実行する工程と、
   前記磁気センサの出力信号のゲイン補正を実行するために前記工程（ａ），（ｂ）を実行する工程と、
   を含む、方法。
3. 請求項２記載の方法であって、
   前記オフセット補正を実行する工程は、
   前記電動モータのロータを回転させて前記磁気センサの出力信号の複数のピーク値を取得する工程を含み、
   前記複数のピーク値に基づいて、前記オフセット補正の補正値を決定する工程を含む、方法。
4. 請求項２又は３記載の方法であって、
   前記ゲイン補正を実行する工程は、
   前記電動モータのロータを回転させて前記磁気センサの出力信号の複数のピーク値を取得する工程を含み、
   前記複数のピーク値に基づいて、前記ゲイン補正の補正値を決定する工程を含む、方法。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載の方法であって、さらに、
   前記ゲイン補正の補正値とオフセット補正の補正値とを、前記電動モータ内に設けられた不揮発性メモリに記憶させる工程を含む、方法。

Images