JP2008054474A - ブラシレスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータにおいて、各相の駆動信号の位相をより整合させることのできる技術を提供する。
【解決手段】本発明によるブラシレスモータは、ｍ相の電磁コイル群のうちのｎ相（ｎは２以上ｍ未満の整数）の電磁コイル群にのみｎ個の磁気センサが実装され、残りの（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群には磁気センサが実装されていない。駆動制御回路は、磁気センサが実装されているｎ相の電磁コイル群のためのｎ組の駆動信号を、ｎ個の磁気センサのそれぞれのセンサ出力を用いて生成する。また、駆動制御回路は、磁気センサが実装されていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（ｍ−ｎ）組の駆動信号を、ｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの１つ以上をそれぞれ用いて生成する。
【選択図】図３

Description

この発明は、ブラシレスモータの駆動制御技術に関する。

ブラシレスモータとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。

特開２００１−２９８９８２号公報

この従来技術のブラシレスモータでは、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。また、駆動信号としては、３相駆動信号が使用されている。

従来のブラシレスモータでは、ｍ相のコイル群に対応してｍ個のセンサを実装し、各相のコイル群の駆動信号を各相専用のセンサで生成するのが一般的であった。しかし、各センサのセンサ出力には誤差やバラツキがあるため、各相の駆動信号を各相専用のセンサで生成すると、各相の駆動信号の位相が整合せずにモータ効率を低下させる場合があることが判明した。

本発明は、ブラシレスモータにおいて、各相の駆動信号の位相をより整合させることのできる技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によるブラシレスモータは、
ｍ相（ｍは３以上の整数）の電磁コイル群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ｍ相の電磁コイル群のうちのｎ相（ｎは２以上ｍ未満の整数）の電磁コイル群に対応付けられたｎ個の磁気センサであって、前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出するためのｎ個の磁気センサと、
前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力を利用して、前記コイル列を駆動する駆動制御回路と、
を備え、
前記駆動制御回路は、
前記ｎ個の磁気センサに対応付けられている前記ｎ相の電磁コイル群のためのｎ組の駆動信号を、前記ｎ個の磁気センサのそれぞれのセンサ出力を用いて生成するとともに、
前記ｎ個の磁気センサに対応付けられていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（ｍ−ｎ）組の駆動信号を、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの１つ以上をそれぞれ用いて生成する。

このブラシレスモータによれば、電磁コイル群の相数ｍよりも少ないｎ個の磁気センサを用いてｍ組の駆動信号を生成するので、各センサのセンサ出力に誤差やバラツキがある場合にも、各相の駆動信号の位相をより整合させることが可能である。

前記駆動制御回路は、
前記ｎ個の磁気センサに対応付けられていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（（ｍ−ｎ）個の模擬的なセンサ出力を、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの１つ以上を変数として用いた演算に基づいて生成する模擬センサ出力生成部と、
前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力と前記（ｍ−ｎ）個の模擬的なセンサ出力とを含むｍ個のセンサ出力に応じて、前記ｍ相の電磁コイル群のためのｍ組の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、磁気センサが設けられていない電磁コイル群に対応した模擬的なセンサ出力が得られるので、これを用いてその電磁コイル群のための駆動信号を容易に生成することが可能である。

前記模擬センサ出力生成部は、
前記ｎ個の磁気センサに対応付けられていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（ｍ−ｎ）個の模擬的なセンサ出力を、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの２つ以上を変数として用いた演算に基づいて生成するようにしてもよい。

この構成では、１個のセンサ出力では模擬的なセンサ出力がきまらない場合でも、模擬的なセンサ出力を正しく生成することが可能である。

前記模擬センサ出力生成部は、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力を用いたリアルタイム演算によって前記模擬的なセンサ出力を生成するようにしてもよい。

ｍ相の電磁コイル群に対応するｍ個の磁気センサのセンサ出力の相互の関係が三角関数などの比較的簡単な関数で与えられる場合には、リアルタイム演算を用いて模擬的なセンサ出力を容易に生成することが可能である。

あるいは、前記模擬センサ出力生成部は、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力を入力値とし前記模擬的なセンサ出力を出力値とするルックアップテーブルを用いて前記模擬的なセンサ出力を生成するようにしてもよい。

この構成では、ｍ相の電磁コイル群に対応するｍ個の磁気センサのセンサ出力の相互の関係が簡単な関数で与えられるか否かに拘わらず、模擬的なセンサ出力を容易に生成することが可能である。

また、前記整数ｍは３であり、前記整数ｎは２であるものとしてもよい。

この構成では、３相ブラシレスモータに２個の磁気センサのみを設ければ良いので、従来に比べて磁気センサの個数を２／３に減らすことができる。

さらに、前記磁気センサは、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センサであるものとしてもよい。

この場合には、このセンサ出力のアナログ的変化を利用して駆動信号を生成す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、ブラシレスモータ及びその制御方法（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．モータの構成と動作の概要：
B．駆動制御回路の構成：
C．他の実施例：
D．変形例：

A．モータの構成と動作の概要：
図１（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の一実施例としてのブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体１００は、外形が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。ステータ部１０（図１（Ｃ））には、回路基板１２０上に３相を構成する３組の電磁コイル１１〜１３と、２つの磁気センサ４０Ａ，４０Ｂとが設けられている。第１の磁気センサ４０Ａは１組目のコイル１１用のセンサであり、第２の磁気センサ４０Ｂは２組目のコイル１２用のセンサである。なお、３組目のコイル１３用の磁気センサは実装されていない。以下では、３組の電磁コイル１１〜１３を「Ａ相コイル１１」、「Ｂ相コイル１２」、「Ｃ相コイル１３」と呼ぶ。また、磁気センサ４０Ａ，４０Ｂを「Ａ相センサ４０Ａ」、「Ｂ相センサ４０Ｂ」と呼ぶ。

ロータ部３０（図１（Ｂ））には、４つの磁石３２が設けられており、ロータ部３０の中心軸が回転軸１１２を構成している。これらの磁石３２の磁化方向は図１（Ｂ）において紙面と垂直な方向であり、これは図１（Ａ）における上下方向に相当する。

図２（Ａ）〜（Ｄ）は、モータの動作時における磁石列とコイル列の位置関係を示す説明図である。図２（Ａ）に示すように、磁石３２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、１つの相のコイル群を構成する２つコイルは、一定のピッチＰｃで配置されており、常に同じ方向に励磁される。隣接する相のコイル同士は、同相コイル間のピッチＰｃの１／３だけ離れている。同相コイル間のピッチＰｃは、磁極ピッチＰｍの２倍に等しい。磁極ピッチＰｍは、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。

図２（Ａ）は、位相が０又は２πにおける状態を示している。また、図２（Ｂ）〜（Ｄ）は、位相がπ／２，π，３π／２の時点の状態をそれぞれ示している。なお、図２（Ａ），（Ｃ）でＡ相コイル１１のハッチングが省略されているのは、これらのタイミングでＡ相コイル１１の駆動信号の極性が反転する（すなわち励磁方向が反転する）からである。

図３は、モータの正転時のセンサ出力と駆動信号の例を示す説明図である。図３（Ａ）は、Ａ相センサ４０Ａのセンサ出力ＳＳＡと、Ｂ相センサ４０Ｂのセンサ出力ＳＳＢとを示している。なお、センサ４０Ａ，４０Ｂとしては、アナログ出力を有するホールＩＣセンサを利用することができる。図３（Ｂ）は、２つのセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢから合成される模擬的なＣ相センサ出力ＳＳＣ（「Ｃ相センサ模擬信号ＳＳＣ」とも呼ぶ）を示している。Ｃ相センサ模擬信号ＳＳＣの生成方法については後述する。３つのセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ，ＳＳＣは、位相が順次２π／３ずつずれたきれいな３相信号を構成していることが理解できる。

図３（Ｃ）は、これらの３相のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ，ＳＳＣを利用したＰＷＭ制御でそれぞれ生成される３相の駆動信号の例を示している。Ａ相の駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２は、Ａ相センサ出力ＳＳＡと相似形状の実効電圧を有する。なお、Ａ相の第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３（Ｃ）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。他の相も同様である。

図４は、モータの逆転時のセンサ出力と駆動信号の例を示す説明図である。図３と同様に、逆転時にも、Ｃ相センサ出力ＳＳＣが他の２相のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢから合成され、これらの３つのセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ，ＳＳＣを利用して３相の駆動信号が生成される。

B．駆動制御回路の構成：
図５（Ａ）は、本実施例のブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。駆動制御回路２００は、ＣＰＵ２２０と、Ｃ相センサ信号生成部２３０と、駆動信号生成部２４０と、３相のドライバ回路２５０Ａ〜２５０Ｃと、ＡＤ変換部２６０を備えている。２つのセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢは、ＡＤ変換部２６０でデジタル多値信号に変換されて、Ｃ相センサ信号生成部２３０に供給される。Ｃ相センサ信号生成部２３０は、図３（Ｂ）に示したＣ相センサ模擬信号ＳＳＣを生成する。Ｃ相センサ信号生成部２３０の内部構成については後述する。駆動信号生成部２４０は、３相のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ，ＳＳＣに基づいて、３相の駆動信号（図３（Ｃ））を生成する。ドライバ回路２５０Ａ〜２５０Ｃは、これらの３相の駆動信号に従ってモータ本体１００内の３相の電磁コイル群１１〜１３を駆動する。

図５（Ｂ）は、磁気センサ４０Ａの内部構成の一例を示している。Ｂ相用の磁気センサ４０Ｂもこれと同じ構成を有している。この磁気センサ４０Ａは、ホール素子４２と、バイアス調整部４４と、ゲイン調整部４６とを有している。ホール素子４２は、磁束密度Ｘを測定する。バイアス調整部４４はホール素子４２の出力Ｘにバイアス値ｂを加算し、ゲイン調整部４６はゲイン値ａを乗ずる。磁気センサ４０Ａの出力ＳＳＡ（＝Ｙ）は、例えば以下の式（１）又は式（２）で与えられる。

Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ …（１）
Ｙ＝ａ（Ｘ＋ｂ） …（２）

磁気センサ４０Ａのゲイン値ａとバイアス値ｂは、ＣＰＵ２２０によって磁気センサ４０Ａ内に設定される。ゲイン値ａとバイアス値ｂを適切な値に設定することによって、センサ出力ＳＳＡを好ましい波形形状に較正することが可能である。Ｂ相センサ４０Ｂについても同様である。

本実施例では、３相のコイル群のうちの２相（Ａ相とＢ相）についてのみ磁気センサを実装し、他の１相（Ｃ相）については磁気センサを省略している。各磁気センサは、ゲインとバイアス（「オフセット」とも呼ぶ）を適切に設定すれば、好ましい波形形状のセンサ出力を得ることができる。しかしながら、適切な波形形状のセンサ出力をそれぞれ得るためには、それぞれのセンサ出力を実測してゲインとバイアスとを適切な値に設定するための作業（キャリブレーション）が必要になる。本実施例では、３相のうちの２相についてのみ磁気センサを実装しているので、１相分での磁気センサに関するキャリブレーションを省略できるという利点がある。また、実装されている２相の磁気センサの出力ＳＳＡ，ＳＳＢを正しくキャリブレーションすれば、３相の駆動信号の相互の位相を容易に整合させることができるという利点もある。さらに、コストの点からも、センサの数は少ないほど好ましい。

図６は、Ｃ相センサ信号生成部２３０の内部構成を示すブロック図である。Ｃ相センサ信号生成部２３０は、５つのラッチ回路２３１〜２３５と、演算回路２３６とを備えている。第１と第２のラッチ回路２３１，２３２は、クロック信号ＣＬＫの立ち上がりエッジに同期してＡ相センサ出力ＳＳＡとＢ相センサ出力ＳＳＢとをそれぞれラッチする。第３と第４のラッチ回路２３３，２３４は、クロック信号ＣＬＫの立ち下がりエッジに同期して、第１と第２のラッチ回路２３１，２３２の出力をそれぞれラッチする。演算回路２３６は、第１と第２のラッチ回路２３１，２３２の出力の両方を用いた演算をリアルタイムに実行することによって、Ｃ相センサ出力ＳＳＣを生成する。第５のラッチ回路２３５は、演算回路２３６から出力されたセンサ出力ＳＳＣを、クロック信号ＣＬＫの立ち下がりエッジに同期してラッチする。この結果、３つのラッチ回路２２３〜２３５からは、同じタイミングで３相のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ，ＳＳＣが出力される。

図６（Ｂ）は、演算回路２３６で実行される演算の内容を示している。この表には、角度θ（位相）に応じた各相のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ，ＳＳＣの値が示されている。本実施例では、各センサ出力のレンジは、０〜ＶＤＤ（ＶＤＤは電源電圧）の間であるものと仮定している。このとき、Ｃ相センサ出力ＳＳＣは、以下の演算式に従って演算することができる。
SSC = - (SSB - (VDD/2)) - (SSA - (VDD/2)) + (VDD/2)
= - SSB - SSA + 3/2・(VDD)

なお、演算回路２３６の代わりに、Ａ相とＢ相のセンサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢを入力値とし、Ｃ相センサ出力ＳＳＣを出力値とするルックアップテーブルを利用することも可能である。このルックアップテーブルは、上記の演算結果を予め格納しているものであり、演算に基づいてＣ相センサ出力ＳＳＣを得るものである点では演算回路２３６と同じである。なお、上記の演算を行う回路は、アナログ回路とデジタル回路のいずれでも実現可能である。

図７（Ａ）は、ドライバ回路の内部構成を示している。各相のドライバ回路２５０Ａ〜２５０Ｃは、それぞれＨ型ブリッジ回路を構成している。例えば、Ａ相のドライバ回路２５０Ａは、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じてＡ相コイル１１を駆動する。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。他の相も同様である。図７（Ｂ）は、３相のコイル群１１〜１３をスター結線して、トランジスタの数を減らしたドライバ回路２５０の例を示している。

図８は、駆動信号生成部２４０（図５（Ａ））の内部構成と動作を示す説明図である。なお、ここでは図示の便宜上、Ａ相用の回路要素のみを示しているが、Ｂ相用とＣ相用にも同じ回路要素が設けられている。

駆動信号生成部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と、符号化部５６０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、Ａ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２（図３（Ｃ））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，Ｐａ，Ｅａは以下のように決定される。

磁気センサ４０Ａの出力ＳＳＡは、符号化部５６０に供給される。符号化部５６０は、センサ出力ＳＳＡのレンジを変換するとともに、センサ出力の中位点の値を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。

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８（Ｂ）〜８（Ｅ）は、乗算値Ｍａが種々の値を取る場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示している。ここでは、全期間が励磁区間であり非励磁区間が無いものと仮定している。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＳＤＣの１周期の間に、デューティがＭａ／Ｎであるパルスを１つ発生させる回路である。すなわち、図８（Ｂ）〜８（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、Ａ相駆動信号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８（Ｂ）〜８（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９（Ａ）〜９（Ｃ）は、センサ出力の波形とＰＷＭ部５３０で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。図中、「Ｈｉｚ」は電磁コイルを未励磁状態としたハイインピーダンス状態を意味している。図８で説明したように、Ａ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２はセンサ出力ＳＳＡのアナログ波形を利用したＰＷＭ制御によって生成される。従って、これらのＡ相駆動信号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。

ＰＷＭ部５３０は、さらに、励磁区間設定部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａで示される励磁区間のみに駆動信号を出力し、励磁区間以外の区間（非励磁区間）では駆動信号を出力しないように構成されている。図９（Ｃ）は、励磁区間信号Ｅａによって励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定した場合の駆動信号波形を示している。励磁区間ＥＰでは図９（Ｂ）の駆動信号パルスがそのまま発生し、非励磁区間ＮＥＰでは駆動信号パルスが発生しない。このように、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定するようにすれば、センサ出力の中位点近傍（これは逆起電力波形の中位点近傍に相当する）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、センサ出力波形（これは逆起電力波形にほぼ等しい）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、センサ出力波形の中位点（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、実効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。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２００（図５（Ａ））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２００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、ＣＰＵ２２０がその目標値に応じて、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａとを駆動信号生成部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１０は、ＰＷＭ部５３０（図８）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンタ５３１と、ＥＸＯＲ回路５３３と、駆動波形形成部５３５とを備えている。これらは以下のように動作する。

図１１は、モータ正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この図には、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、正逆方向指示値ＲＩと、励磁区間信号Ｅａと、乗算値Ｍａと、正負符号信号Ｐａと、カウンタ５３１内のカウント値ＣＭ１と、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２と、駆動波形形成部５３５の出力信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２とが示されている。カウンタ５３１は、クロック信号ＳＤＣの１期間毎に、クロック信号ＰＣＬに同期してカウント値ＣＭ１を０までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値ＣＭ１の初期値は乗算値Ｍａに設定される。なお、図１１では、図示の便宜上、乗算値Ｍａとして負の値も描かれているが、カウンタ５３１で使用されるのはその絶対値｜Ｍａ｜である。カウンタ５３１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭ１が０で無い場合にはＨレベルに設定され、カウント値ＣＭ１が０になるとＬレベルに立ち下がる。

ＥＸＯＲ回路５３３は、正負符号信号Ｐａと正逆方向指示値ＲＩとの排他的論理和を示す信号Ｓ２を出力する。モータが正転する場合には、正逆方向指示値ＲＩがＬレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２は、正負符号信号Ｐａと同じ信号となる。駆動波形形成部５３５は、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２から、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。すなわち、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２がＬレベルの期間の信号を第１の駆動信号ＤＲＶＡ１として出力し、出力Ｓ２がＨレベルの期間の信号を第２の駆動信号ＤＲＶＡ２として出力する。なお、図１１の右端部付近では、励磁区間信号ＥａがＬレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間ＮＥＰが設定されている。従って、この非励磁区間ＮＥＰでは、いずれの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。

図１２は、モータ逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。モータ逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがＨレベルに設定される。この結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が図１１から入れ替わっており、この結果、モータが逆転することが理解できる。

図１３は、励磁区間設定部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。励磁区間設定部５９０は、電子可変抵抗器５９２と、電圧比較器５９４，５９６と、ＯＲ回路５９８とを有している。電子可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖは、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。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１３（Ｂ）は、励磁区間設定部５９０の動作を示している。電子可変抵抗器５９２の両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、抵抗値Ｒｖを調整することによって変更される。具体的には、両端電圧Ｖ１，Ｖ２は、電圧レンジの中央値（＝ＶＤＤ／２）からの差分が等しい値に設定される。センサ出力ＳＳＡが第１の電圧Ｖ１よりも高い場合には第１の電圧比較器５９４の出力ＳｐがＨレベルとなり、一方、センサ出力ＳＳＡが第２の電圧Ｖ２よりも低い場合には第２の電圧比較器５９６の出力ＳｎがＨレベルとなる。励磁区間信号Ｅａは、これらの出力信号Ｓｐ，Ｓｎの論理和を取った信号である。従って、図１３（Ｂ）の下部に示すように、励磁区間信号Ｅａは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを示す信号として使用することができる。励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定は、ＣＰＵ２２０が可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行なわれる。

以上のように、第１実施例のブラシレスモータでは、３相のコイル群のうちの２相についてのみ磁気センサを実装し、他の１相については磁気センサを省略しているので、センサのキャリブレーションに関する作業負担を軽減することができ、また、３相の駆動信号の位相を容易に整合させることができる。さらに、低コストで効率の良いモータを提供することができる。

C．他の実施例：
図１４は、本発明の他の実施例としてのブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体１００ａのステータ部１０及びロータ部３０は、外形がそれぞれ略円筒状に形成されており、ステータ部１０の外周をロータ部３０が周回する。

この例からも理解できるように、本発明のブラシレスモータの機械的形状は、種々の形状を採用することが可能である。また、本発明は、３相４極モータに限らず、任意の相数及び極数のブラシレスモータに適用可能である。

図１５は、本発明の更に他の実施例としての４相ブラシレスモータにおける模擬的センサ出力の演算方法を示している。なお、４相ブラシレスモータの機械的構造は省略する。４相ブラシレスモータでは、Ｃ相センサ出力ＳＳＣとＤ相センサ出力ＳＳＤとが、以下の演算式に従って演算される。
SSC = - (SSA - (VDD/2)) + (VDD/2)
= - SSA + VDD
SSD = - (SSB - (VDD/2)) + (VDD/2)
= - SSB + VDD

なお、通常は、ｍ相（ｍは３以上の整数）の電磁コイル群のためのｍ個の磁気センサ出力の相互関係は、何らかの関数（三角関数など）によって表わされる。従って、ｍ相のうちのｎ個（ｎは２以上ｍ未満の整数）の相のみに磁気センサを実装するようにしても、磁気センサが実装されていない（ｍ−ｎ）相の模擬センサ出力を、ｎ相の磁気センサの出力を変数とした演算によって求めることが可能である。なお、（ｍ−ｎ）相の模擬センサ出力は、ｎ個のセンサ出力のうちの１つ以上を用いてそれぞれ生成することが好ましく、２つ以上を用いて生成することがさらに好ましい。例えば、上記第１実施例のような３相モータの場合には、２相のセンサ出力のうちの一方だけでは残りの相のセンサ出力が一意に決まらず、２つのセンサ出力の両方を用いて初めて残りの相のセンサ出力を決定することが可能である。

このように、本発明は、ｍ相（ｍは３以上の整数）の電磁コイル群のうちのｎ相（ｎは２以上ｍ未満の整数）の電磁コイル群に対応してｎ個の磁気センサを実装し、これらのｎ相の磁気センサの出力からｍ相のコイル群の駆動信号を生成するものに適用可能である。また、本発明は、実装されていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（ｍ−ｎ）組の駆動信号を、実装されているｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの１つ以上をそれぞれ用いて生成するものに適用可能である。

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。

D１．変形例１：
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。

D２．変形例２：
ＰＷＭ回路としては、図８に示した回路以外の種々の回路構成を採用することが可能である。例えば、センサ出力と基準三角波とを比較することによってＰＷＭ制御を行う回路を利用してもよい。また、ＰＷＭ制御以外の方法で駆動信号を生成するようにしてもよい。また、ＰＷＭ制御以外の方法で駆動信号を生成する回路を採用してもよい。例えば、センサ出力を増幅してアナログ駆動信号を生成する回路を採用することも可能である。

D３．変形例３：
上記実施例では、磁気センサが実装されていない相に関する模擬センサ出力を生成し、これを用いてその相の駆動信号を生成していたが、これ以外の方法で磁気センサが実装されていない相の駆動信号を生成するようにしてもよい。例えば、磁気センサが実装されているｎ相の駆動信号を生成し、これらのｎ相の駆動信号を用いて、磁気センサが実装されていない（ｍ−ｎ）相の駆動信号を生成するようにしてもよい。

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、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。

実施例における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。 モータの動作時における磁石列とコイル列の位置関係を示す説明図である。 モータの正転時のセンサ出力と駆動信号の例を示す説明図である。 モータの逆転時のセンサ出力と駆動信号の例を示す説明図である。 本実施例のブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。 Ｃ相センサ信号生成部２３０の内部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。 駆動信号生成部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。 モータ本体の他の構成を示す断面図である。 本発明の他の実施例としての４相ブラシレスモータにおける模擬的センサ出力の演算方法を示す説明図である。

符号の説明

１０…ステータ部
１１〜１３…電磁コイル
３０…ロータ部
３２…磁石
４０Ａ，４０Ｂ…磁気センサ
４２…ホール素子
４４…バイアス調整部
４６…ゲイン調整部
１００…モータ本体
１１２…回転軸
１２０…回路基板
２００…駆動制御回路
２２０…ＣＰＵ
２２１〜２３５…ラッチ回路
２３０…Ｃ相センサ信号生成部
２３６…演算回路
２４０…駆動信号生成部
２５０…ドライバ回路
２６０…ＡＤ変換部
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…正逆方向指示値レジスタ
５５０…乗算器
５６０…符号化部
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

Claims (7)

1. ブラシレスモータであって、
   ｍ相（ｍは３以上の整数）の電磁コイル群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ｍ相の電磁コイル群のうちのｎ相（ｎは２以上ｍ未満の整数）の電磁コイル群に対応付けられたｎ個の磁気センサであって、前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出するためのｎ個の磁気センサと、
   前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力を利用して、前記コイル列を駆動する駆動制御回路と、
   を備え、
   前記駆動制御回路は、
   前記ｎ個の磁気センサに対応付けられている前記ｎ相の電磁コイル群のためのｎ組の駆動信号を、前記ｎ個の磁気センサのそれぞれのセンサ出力を用いて生成するとともに、
   前記ｎ個の磁気センサに対応付けられていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（ｍ−ｎ）組の駆動信号を、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの１つ以上をそれぞれ用いて生成する、ブラシレスモータ。
2. 請求項１記載のブラシレスモータであって、
   前記駆動制御回路は、
   前記ｎ個の磁気センサに対応付けられていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（（ｍ−ｎ）個の模擬的なセンサ出力を、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの１つ以上を変数として用いた演算に基づいて生成する模擬センサ出力生成部と、
   前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力と前記（ｍ−ｎ）個の模擬的なセンサ出力とを含むｍ個のセンサ出力に応じて、前記ｍ相の電磁コイル群のためのｍ組の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
   を備えるブラシレスモータ。
3. 請求項２記載のブラシレスモータであって、
   前記模擬センサ出力生成部は、
   前記ｎ個の磁気センサに対応付けられていない（ｍ−ｎ）相の電磁コイル群のための（ｍ−ｎ）個の模擬的なセンサ出力を、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力のうちの２つ以上を変数として用いた演算に基づいて生成する、ブラシレスモータ。
4. 請求項２又は３記載のブラシレスモータであって、
   前記模擬センサ出力生成部は、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力を用いたリアルタイム演算によって前記模擬的なセンサ出力を生成する、ブラシレスモータ。
5. 請求項２又は３記載のブラシレスモータであって、
   前記模擬センサ出力生成部は、前記ｎ個の磁気センサのセンサ出力を入力値とし前記模擬的なセンサ出力を出力値とするルックアップテーブルを用いて前記模擬的なセンサ出力を生成する、ブラシレスモータ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
   前記整数ｍは３であり、前記整数ｎは２である、ブラシレスモータ。
7. 請求項１ないし６記載のブラシレスモータであって、
   前記磁気センサは、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センサである、ブラシレスモータ。

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