JP2009195050A - 電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動することができると共に、電動機が確実な始動性を有することのできる技術を提供する。
【解決手段】電動機１００は、複数の永久磁石３１〜３４を有する第１の駆動部材３０と、複数の電磁コイル１１〜１４を有する第２の駆動部材１０と、第１の駆動部材３０と第２の駆動部材１０とが相対運動している場合に電磁コイル１３に発生する誘起電圧波形に近似する波形の信号を出力するセンサ用コイル４４と、第１の駆動部材３０と第２の駆動部材１０との相対位置を検出する位置センサ４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の駆動信号の生成に関するものである。

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。

国際公開番号ＷＯ ２００５／１１２２３０ Ａ１

この従来技術では、ホール素子から出力される正弦波形に基づいて、電磁コイルを励磁するための駆動信号を生成している。

しかし、ホール素子からの正弦波形は、電磁コイルに発生する逆起電力の波形を近似したものに過ぎなかった。このため、最適な効率でモータを駆動できない場合があるという問題があった。

本発明は、従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動すると共に、電動機が確実な始動性を有することのでき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、以下の形態または適用例を取ることが可能である。

[適用例１]
電動機であって、
複数の永久磁石を有する第１の駆動部材と、
複数の電磁コイルを有する第２の駆動部材と、
前記第１の駆動部材と前記第２の駆動部材とが相対運動している場合に前記電磁コイルに発生する誘起電圧波形に近似する波形の信号を出力するセンサ用コイルと、
前記第１の駆動部材と前記第２の駆動部材との相対位置を検出する位置センサと、
を備える、電動機。

適用例１の電動機では、センサ用コイルと、位置センサとを備えるので、従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動することができると共に、電動機が確実な始動性を有することができる。

[適用例２]
適用例１記載の電動機であって、さらに、
駆動信号を生成する駆動信号生成部を備え、
前記駆動信号生成部は、
少なくとも前記位置センサの出力波形に基づいて、前記駆動信号を生成する第１のモードと、
少なくとも前記センサ用コイルの出力波形に基づいて、前記駆動信号を生成する第２のモードと、
を有する、電動機。

適用例２の電動機では、駆動信号生成部は、位置センサの出力波形に基づいて駆動信号を生成する第１のモードと、センサ用コイルの出力波形に基づいて駆動信号を生成する第２のモードと、を有するので、従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動することができると共に、電動機が確実な始動性を有することができる。

[適用例３]
適用例２記載の電動機であって、
前記駆動信号生成部は、
前記第１のモードでは、前記駆動信号の波形が、前記位置センサの出力波形と同期した矩形波となるように、前記駆動信号を生成し、
前記第２のモードでは、前記駆動信号の実効的な波形が、前記センサ用コイルの出力波形を模擬した形状となるように、前記駆動信号を生成する、電動機。

適用例３の電動機では、第１のモードにおいては、位置センサの出力波形と同期した矩形波となるように駆動信号を生成し、第２のモードにおいては、駆動信号の実効的な波形がセンサ用コイルの出力波形となるように、駆動信号を生成するので、従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動することができると共に、電動機が確実な始動性を有することができる。

[適用例４]
適用例２または３記載の電動機であって、
前記駆動信号生成部は、
前記電動機の始動時には、前記第１のモードで前記駆動信号を生成し、
前記電動機の始動後において所定の条件を満たした後に、前記第２のモードで前記駆動信号を生成する、電動機。

[適用例５]
適用例４記載の電動機であって、
前記駆動信号生成部は、
前記電動機の始動時には、前記第１のモードで前記駆動信号を生成し、
前記電動機の始動後において、
（ｉ）前記電動機の回転速度が所定の回転速度閾値を超えるという条件と、
（ｉｉ）前記電動機の始動後から所定の期間が経過するという条件と、
（ｉｉｉ）前記センサ用コイルの出力波形の振幅の大きさが所定の振幅閾値を超えるという条件と、
のうちの少なくとも１つの条件を満たした後に、前記第２のモードで前記駆動信号を生成する、電動機。

電動機の停止時には、センサ用コイルからの信号が発生していないため、電動機の始動時にはセンサ用コイルの出力信号を利用することはできない。そこで、適用例４および適用例５の電動機では、始動時には第１のモードで駆動信号を生成するので、電動機を確実に始動させることができる。

[適用例６]
適用例１ないし５のいずれかに記載の電動機であって、
前記センサ用コイルの形状は、前記センサ用コイルの平均的な周形状が、前記電磁コイルの平均的な周形状と、相似形となるような形状である、電動機。

適用例６の電動機では、電磁コイルに発生する逆起電力波形と、センサ用コイルの出力波形とがより近似した形状となるので、従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動することができる。

[適用例７]
適用例１ないし６のいずれかに記載の電動機であって、
前記センサ用コイルは、前記第２の駆動部材が有する回路基板に配線パターンとして形成されている、電動機。

適用例７の電動機によれば、センサ用コイルを設置する場所の省スペース化を図ることができる。

[適用例８]
適用例７記載の電動機であって、
前記センサ用コイルは、前記電磁コイルを前記回路基板に投影した位置に設けられている、電動機。

適用例８の電動機では、電磁コイルに発生する逆起電力波形と、センサ用コイルからの出力波形の位相を一致させることができる。

[適用例９]
適用例１ないし８のいずれかに記載の電動機であって、さらに、
前記センサ用コイルの出力信号の振幅が所定値となるように、前記出力信号の振幅を調整する振幅調整部を備える、電動機。

適用例９の電動機によれば、センサ用コイルからの出力波形が変動している場合であっても、センサ用コイル信号を安定して利用することができる。

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、それらの方法または装置を用いたプロジェクタ、携帯機器、移動体、ロボット、電子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、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．モータ本体の構成と動作の概要：
Ａ２．回路の構成：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．変形例：

Ａ．第１実施例：
Ａ１．モータ本体の構成と動作の概要：
図１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１００の構成を示す説明図である。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（図１（Ｂ））は、回路基板１２０を備えており、回路基板１２０上には、４つの電磁コイル１１〜１４と、磁気センサ４０とが設けられている。磁気センサ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。さらに、電磁コイル１３の下側部分の回路基板１２０の表面には、センサ用コイル４４が回路の配線パターンとして形成されている。センサ用コイル４４は、ロータ部３０が回転した場合に逆起電力を発生させ、この逆起電力の波形であるセンサ用コイル信号ＣＳＡを出力する。なお、回路基板１２０は、ケーシング１０２に固定されており、ケーシング１０２の蓋は、図示が省略されている。ステータ部１０の下側には、磁気ヨーク２０（図１（Ａ），（Ｃ）参照）が設けられている。この磁気ヨーク２０は、電磁コイル１１〜１４に対応する位置に磁性体部材が設けられており、コイルの無い位置では磁性体部材が打ち抜かれている。但し、この磁気ヨーク２０は、電磁コイル１１〜１４から若干回転した状態（図１（Ｃ）の状態）で固定される。この理由については後述する。

ロータ部３０（図１（Ｄ））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。これらの磁石の磁化方向は図１（Ｄ）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は、センサ用コイル４４の形状を示す説明図である。図２（Ａ）に示すように、センサ用コイル４４は、回路基板１２０の表面に略扇形状の配線パターンとして形成されている。図２（Ｂ）は、センサ用コイル４４の内周部と外周部の輪郭線を描いた図である。同様に、図２（Ｃ）は、電磁コイル１３（図１（Ｂ））の内周部と外周部の輪郭線を描いた図である。図２（Ｂ）と図２（Ｃ）とに示された破線ＳＬ４４，ＳＬ１３は、それぞれ、内周部の輪郭線と外周部の輪郭線との中間を通る線である。以下では、破線ＳＬ４４が描く形状を、センサ用コイル４４の「平均的な周形状」と呼び、破線ＳＬ１３が描く形状を、電磁コイル１３の「平均的な周形状」と呼ぶ。ここで、センサ用コイル４４の平均的な周形状は、電磁コイル１３の平均的な周形状と相似形となるようにすることが好ましく、両者が一致することが特に好ましい。こうすれば、センサ用コイル４４が出力するセンサ用コイル信号ＣＳＡの波形を、電磁コイル１３に発生する逆起電力の波形とほぼ同じ形状とすることができるからである。

図３は、磁石列と電磁コイル列の位置関係、及び、電磁コイルの逆起電力波形と磁気センサ信号とセンサ用コイル信号との関係を示す説明図である。なお、「逆起電力」を「誘起電圧」とも呼ぶ。図３（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。

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，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。

図３（Ａ）は、モータ停止時における磁石３１〜３４と電磁コイル１１〜１４の位置関係を示している。本実施例のモータでは、回路基板１２０の下側に設けられた磁気ヨーク２０が、各電磁コイルの中心よりもロータ部３０の正転方向に若干ずれた位置に設けられている。従って、モータ停止時には、各コイルの磁気ヨーク２０が磁石３１〜３４によって引きつけられ、磁気ヨーク２０が各磁石３１〜３４の中心と向かい合う位置でロータ部３０が停止する。この結果、各電磁コイル１１〜１４の中心が、各磁石３１〜３４の中心からずれた位置でモータが停止することになる。また、この時、磁気センサ４０も、隣接する磁石の境界から若干ずれた位置にある。この停止位置における位相はαである。位相αはゼロでは無いが、ゼロに近い小さな値（例えば約５度〜１０度）である。

図３（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３（Ｃ）は、磁気センサ４０の出力波形の例を示している。図３（Ｄ）は、センサ用コイル４４の出力波形の例を示している。磁気センサ４０は、モータ運転時の電磁コイルの逆起電力と同期した矩形のセンサ信号ＳＳＡを発生することができる。センサ用コイル４４は、モータ運転時の電磁コイルの逆起電力とほぼ相似形状のセンサ用コイル信号ＣＳＡを発生することができる。なお、電磁コイルの逆起電力と、センサ用コイル信号ＣＳＡの値は、モータの回転数とともに上昇する傾向にある。磁気センサ４０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、センサ信号ＳＳＡは、矩形信号であり、逆起電力Ｅｃおよびセンサ用コイル信号ＣＳＡ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部は、センサ信号ＳＳＡと、センサ用コイル信号ＣＳＡとを利用して、逆起電力Ｅｃとほぼ相似波形の電圧を各電磁コイル１１〜１４に印加する。

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。

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。

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で極性が反転する位置をπ位相点としたときのπ／２位相点の近傍（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π位相点の位置（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。

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。本実施例では、センサ用コイル信号ＣＳＡを利用して、逆起電力と相似波形の電圧をモータに印加する。

図５（Ａ）〜（Ｅ）は、モータ本体１００の正転動作の様子を示す説明図である。図５（Ａ）は、停止時の磁石３１〜３４と電磁コイル１１〜１４の位置関係を示しており、図３（Ａ）に対応する図である。なお、磁気ヨーク２０は、実際には電磁コイル１１〜１４の下側に設けられているが、図示の便宜上、電磁コイル１１〜１４の上側に描いている。また、センサ用コイル４４は図示を省略している。図５（Ａ）の状態において電磁コイル１１〜１４を励磁すると、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は、正転方向（図の右方向）に始動される。

図５（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５（Ｃ）は、位相が（π−α）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コイルの励磁方向が逆転して、図５（Ｄ）の状態となる。図５（Ｄ）の状態の近傍でモータが停止すると、図５（Ｅ）に示すように、磁気ヨーク２０が各磁石３１〜３４に引きつけられた位置でロータ部３０が停止する。この位置は、位相が（π＋α）の位置となる。このように、本実施例のモータは、位相がα±ｎπ（ｎは整数）の位置で停止することが理解できる。

図６（Ａ）〜（Ｅ）は、モータ本体１００の逆転動作の様子を示す説明図である。図６（Ａ）は、停止時の状態を示しており、図５（Ａ）と同じものである。この停止状態から逆転するために、仮に図５（Ａ）と逆方向に電磁コイル１１〜１４を励磁すると、磁石３１〜３４と電磁コイル１１〜１４との間に吸引力（図示せず）が働くことになる。この吸引力は、ロータ部３０を逆転させる方向に働く。しかしながら、この吸引力はかなり弱いため、磁石３１〜３４と磁気ヨーク２０との間の吸引力に打ち勝ってロータ部３０を逆転させることができない場合がある。

そこで、本実施例では、逆転動作を行う場合にも、始動時は図６（Ａ）に示すように正転方向に動作させる。そして、ロータ部３０が所定量だけ回転した後に（例えば位相が約π／２進んだところで）、図６（Ｂ）のように駆動信号を反転して逆転動作を開始させる。こうして、ロータ部３０が一旦逆転し始めると、その後、ロータ部３０の慣性によって最初の停止位置（位相＝α）を通過することができる（図６（Ｃ））。その後、位相が０となるタイミングでコイルの励磁方向が逆転する。図６（Ｄ）は位相が−π／２の状態を示しており、図６（Ｅ）は位相が−π＋αの状態を示している。図６（Ｅ）の状態の近傍でモータが停止すると、磁気ヨーク２０が各磁石３１〜３４に引きつけられた位置（位相＝−π＋α）でロータ部３０が停止する。

図７は、モータの移動方向の制御手順を示すフローチャートである。この手順は、後述する駆動制御部によって実行される。ステップＳ１０では、まず正方向に駆動制御を開始する。ステップＳ２０では、目的とする移動方向が正方向であるか否かが判定される。なお、移動方向は、ステップＳ１０の前に操作員によって駆動制御部に入力されている。目的とする移動方向が正方向の場合には、そのまま正方向の駆動制御が継続される。一方、目的とする移動方向が逆方向の場合には、ステップＳ３０において、逆転すべき所定のタイミングに達するまで待機する。そして、逆転すべきタイミングに達すると、ステップＳ４０において逆方向の駆動制御が開始される。

以上のように、本実施例のモータでは、位相がα±ｎπ（αはゼロ及びｎπでない所定の値、ｎは整数）の位置でモータが停止するので、デッド・ロック・ポイントが発生しない。従って、始動コイルを必要とせずに、常に始動することが可能である。また、本実施例のモータでは、停止状態から所定量だけ正転させた後に逆転させることによって、逆転動作を実現することが可能である。

Ａ２．回路の構成：
図８は、ブラシレスモータのシステム全体の構成を示すブロック図である。このブラシレスモータシステムは、モータ本体１００と、制御回路２００と、電源ユニット５５０と、を備えている。モータ本体１００は、前述したように、４つの電磁コイル１１〜１４と、４つの永久磁石３１〜３４と、磁気センサ４０と、センサ用コイル４４とを備えている。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、ＣＰＵ２２０とを備えている。なお、制御回路２００は、図１で示したモータ本体１００の回路基板１２０内に設けることとしてもよく、また、モータ本体１００とは別の外部回路として設けることとしてもよい。

駆動制御部４００は、センサ信号ＳＳＡおよびセンサ用コイル信号ＣＳＡを入力とし、駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成する。駆動制御部４００の内部構成については後述する。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、この駆動信号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、電磁コイル１１〜１４に発生する電力を回生する場合に、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５５０に供給する。ＣＰＵ２２０は、バス２２１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５５０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５５０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、このブラシレスモータで電力回生を行わない場合には、回生制御部５１０と、電力回生回路５２０と、電源ユニット５５０内の蓄電器は、省略可能である。

図９は、ドライバ回路２５０の内部構成を示す説明図である。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２５５，２５６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。

図１０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９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２５５，２５６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１０（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９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９のドライバ回路と図１０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。

図１１は、電磁コイル１１〜１４の各種の巻き方を示す説明図である。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。

図１２は、駆動制御部４００（図８）が駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成する過程において利用す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１２には、電磁コイルに発生する逆起電力波形と、センサ信号ＳＳＡと、センサ用コイル信号ＣＳＡと、デジタル値ＡＧＣと、切替信号Ｓｍと、駆動信号ＤＲＶＡ１，２とが示されている。デジタル値ＡＧＣは、センサ用コイル信号ＣＳＡをＡＤ変換し、振幅が所定値となるようにゲイン調整をして得られた信号である。なお、デジタル値ＡＧＣは、実際には多値のデジタル信号であるが、この図１２では、便宜上、アナログ波形として描かれている。切替信号Ｓｍは、モータの回転速度が所定以上になった場合にＨレベルに立ち上がる信号である。

駆動信号ＤＲＶＡ１，２は、切替信号ＳｍがＬレベルを示している期間では、センサ信号ＳＳＡに同期した矩形信号であり、切替信号ＳｍがＨレベルを示している期間では、実効値がデジタル値ＡＧＣと等しくなるようにＰＷＭ制御された信号である。ＰＷＭ制御の方法については、後に詳述する。このように、駆動信号ＤＲＶＡ１，２の波形が、センサ信号ＳＳＡに同期した矩形信号として生成されるモードを「第１のモード」と呼び、駆動信号ＤＲＶＡ１，２の波形が、センサ用コイル信号ＣＳＡの波形に基づいて生成されるモードを「第２のモード」と呼ぶ。

本実施例では、モータの始動時には第１のモードで駆動し、モータが所定の速度に達した後には第２のモードで駆動する。ここで、モータの始動時には第２のモードとしない理由は、モータの停止時にはセンサ用コイル４４に逆起電力が発生していないため、センサ用コイル信号ＣＳＡに基づいて駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成することができないためである。したがって、モータの始動時には、センサ信号ＳＳＡの矩形信号を利用してモータを始動させ、モータが所定の速度に達してセンサ用コイル４４に逆起電力が安定して発生するようになった後は、センサ用コイル信号ＣＳＡを利用したＰＷＭ制御を行うことにより、効率よくモータを駆動することができる。

なお、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１と第２の駆動信号ＤＲＶＡ２は、実際には別々の２つの信号であるが、この図１３では、便宜上、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１を正側の信号として描き、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２を負側の信号として描いている。また、図１２で示した各種の信号の詳細については後述する。

図１３は、駆動制御部４００の内部構成を示すブロック図である。駆動制御部４００は、基本クロック信号生成部４０２と、分周器４０４と、ＰＷＭ部５３０と、駆動信号切替部４０８と、正逆方向指示部４１０と、回転速度検出部４１２と、乗算器４１３と、絶対値化部４１４と、電圧指令値レジスタ４１６と、励磁区間設定部４１８と、アンプ部４２０と、ＡＤ変換部４２２と、自動ゲイン調整部４２４（ＡＧＣ部４２４）とを備えている。

基本クロック信号生成部４０２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４０４は、このクロック信号ＰＣＬの１／Ｎａの周波数を有するクロック信号ＳＤＣを発生する。この分周値Ｎａの値は、予めＣＰＵ２２０によって所定の一定値に設定される。なお、基本クロック信号生成部４０２は、ＰＬＬ回路以外にも、固定発振源である水晶やセラミック等でも実現することが可能である。

正逆方向指示部４１０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。

センサ用コイル信号ＣＳＡは、アンプ部４２０に供給され、増幅される。このセンサ用コイル信号ＣＳＡ（図１２）は、電磁コイル１３に発生する逆起電力波形に同期した正弦波か正弦波に近い信号であり、モータの回転速度が大きくなると振幅も大きくなる。センサ用コイル信号ＣＳＡは、増幅後に、ＡＤ変換部４２２に供給される。ＡＤ変換部４２２は、センサ用コイル信号ＣＳＡをＡＤ変換し、センサ用コイル信号ＣＳＡのデジタル値ＡＤＣを生成する。なお、ＡＤ変換部４２２は、ＡＤ変換のサンプリング周波数としてクロック信号ＳＤＣを用いる。

自動ゲイン調整部４２４は、デジタル値ＡＤＣを入力とし、デジタル値ＡＤＣの振幅の最大値が所定の値となるように、デジタル値ＡＤＣのゲインを調整し、調整後のデジタル値ＡＧＣ（図１２）を出力する。デジタル値ＡＧＣは、例えば正側の所定の範囲（例えば＋１２７〜＋０）と負側の所定の範囲（例えば−０〜−１２７）の値を取る。自動ゲイン調整部４２４の内部構成については後述する。

絶対値化部４１４は、デジタル値ＡＧＣの絶対値Ｘａを出力する。電圧指令値レジスタ４１６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４１３は、絶対値化部４１４から出力された絶対値Ｘａと、電圧指令値Ｙａとを乗算して整数化し、その乗算値ＩＮＴを駆動信号切替部４０８に供給する。

回転速度検出部４１２は、センサ信号ＳＳＡの周波数に基づいて電動機の回転速度を検知し、電動機の回転速度が所定の値を超えた場合にＨレベルに立ち上がる切替信号Ｓｍを出力する（図１２）。駆動信号切替部４０８は、この切替信号ＳｍがＬレベルを示している場合には、パルス値Ｍａとして、所定の最大パルス値Ｍａｍａｘ（＝分周値Ｎａ）の値を出力し、切替信号ＳｍがＨレベルを示している場合には、パルス値Ｍａとして、乗算値ＩＮＴの値を出力する。ここで、最大パルス値Ｍａｍａｘの値を分周値Ｎａと同じにする理由については、後述する。励磁区間設定部４１８は、駆動信号ＤＲＶＡ１，２の励磁区間ＥＰと、非励磁区間ＮＥＰとを規定する励磁区間信号Ｅａを生成する。なお、励磁区間設定部４１８は、省略することが可能である。

ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、駆動信号切替部４０８から供給されるパルス値Ｍａと、正逆方向指示部４１０から供給される正逆方向指示値ＲＩと、磁気センサ４０から供給されるセンサ信号ＳＳＡと、励磁区間設定部４１８から供給される励磁区間信号Ｅａとに応じて、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。このＰＷＭ部５３０の動作については後述する。

図１４は、自動ゲイン調整部４２４の内部構成を示すブロック図である。図１５は、自動ゲイン調整部４２４の入力信号と出力信号を示す説明図である。自動ゲイン調整部４２４は、最大値検出部４３０と、最大値記憶部４３２と、係数算出部４３４と、基準値記憶部４３６と、演算部４３８と、出力値記憶部４４０とを備えている。最大値検出部４３０は、センサ信号ＳＳＡが規定する一周期ごとに、デジタル値ＡＤＣが示す最大値Ｄｍａｘを検出する。

最大値記憶部４３２は、この最大値Ｄｍａｘをセンサ信号ＳＳＡが規定する一周期ごとに更新して記憶する。係数算出部４３４は、センサ信号ＳＳＡの一周期ごとに、基準値記憶部４３６に記憶されている基準値Ｇｍａｘを最大値Ｄｍａｘで除することにより、係数ＧＫを算出する。この基準値Ｇｍａｘは、自動ゲイン調整部４２４から出力されるデジタル値ＡＧＣの振幅の最大値となる。演算部４３８は、入力されるデジタル値ＡＤＣに係数ＧＫを掛けることにより、デジタル値ＡＧＣを生成する。出力値記憶部４４０は、デジタル値ＡＧＣを記憶しつつ、デジタル値ＡＧＣを出力する。以上のようにデジタル値ＡＤＣからデジタル値ＡＧＣを生成すると、デジタル値ＡＤＣの最大値Ｄｍａｘが変動している場合であっても、デジタル値ＡＧＣの最大値は基準値Ｇｍａｘとなる（図１５）。

図１６は、回転速度検出部４１２の内部構成と動作を示す説明図である。回転速度検出部４１２は、カウンタ値記憶部４５０と、カウンタ部４５２と、最大カウンタ値記憶部４５４と、切替信号設定部４５６とを備えている。カウンタ部４５２は、クロック信号ＳＤＣのパルスに応じて内部カウンタをカウントアップし、センサ信号ＳＳＡの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジにおいて内部カウンタを０にリセットする。また、カウンタ部４５２は、内部カウンタの値が最大カウンタ値記憶部４５４に記憶された最大カウンタ値Ｎｍａｘと等しくなった場合には、内部カウンタのカウントアップを中止する。カウンタ値記憶部４５０は、センサ信号ＳＳＡが立ち上がったタイミングおよび立ち下がったタイミングで、カウンタ部４５２の内部カウンタの値を、カウンタ値Ｎとして記憶する。切替信号設定部４５６は、カウンタ値記憶部４５０に記憶されたカウンタ値ＮがＮｍａｘと等しい場合には、切替信号ＳｍをＬレベルとして出力し、一方、カウンタ値Ｎが最大カウンタ値Ｎｍａｘより小さい場合には、切替信号ＳｍをＨレベルとして出力する。この図１６（Ｂ）のタイミングチャートは、最大カウンタ値Ｎｍａｘ＝５として描かれている。なお、最大カウンタ値Ｎｍａｘの値は、ＣＰＵ２２０によって書き換えることが可能である。

図１７は、駆動信号切替部４０８の内部構成を示すブロック図である。駆動信号切替部４０８は、最大パルス値記憶部４６０と、セレクタ４６２とを備えている。これらは以下のように動作する。

図１８は、駆動信号切替部４０８の動作を示すタイミングチャートである。なお、この図１８には、参考として、デジタル値ＡＧＣとセンサ信号ＳＳＡも示されている。セレクタ４６２は、切替信号Ｓｍを入力とし、切替信号ＳｍがＬレベルを示している場合にはパルス値Ｍａとして最大パルス値記憶部４６０に記憶されている最大パルス値Ｍａｍａｘの値を出力し、一方、切替信号ＳｍがＨレベルを示している場合にはパルス値Ｍａとして乗算値ＩＮＴの値を出力する。なお、以下で示すように、最大パルス値Ｍａｍａｘの値を分周値Ｎａと同じにすることで、駆動信号ＤＲＶＡ１，２をセンサ信号ＳＳＡに同期した矩形信号とすることができる。

図１９は、ＰＷＭ部５３０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、回転方向制御部５３５と、励磁区間制限回路５３７とを備えている。これらは以下のように動作する。

図２０は、「第１のモード」でモータが正転する場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この図２０には、センサ信号ＳＳＡと、センサ用コイル信号ＣＳＡと、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、パルス値Ｍａと、カウンタ５３１内のカウント値ＣＭと、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、正逆方向指示値ＲＩと、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２と、回転方向制御部５３５の出力信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２とが示されている。

カウンタ５３１（図１９）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の初期値はパルス値Ｍａに設定される。カウンタ５３１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭが０で無い場合にはＨレベルに設定され、カウント値ＣＭが０になるとＬレベルに立ち下がる。

ＥＸＯＲ回路５３３は、センサ信号ＳＳＡ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、センサ信号ＳＳＡと同じ信号となる。回転方向制御部５３５は、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２とを入力とし、２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。すなわち、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、出力Ｓ２がＨレベルを示している期間の出力Ｓ１を第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１として出力し、出力Ｓ２がＬレベルを示している期間の出力Ｓ１を第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２として出力する。

ここで、「第１のモード」の場合には、パルス値Ｍａの値は最大パルス値Ｍａｍａｘであり、最大パルス値Ｍａｍａｘは分周値Ｎａと同じ値に設定される。そうすると、カウント値ＣＭが０を示すことはなく、出力Ｓ１がＬレベルに立ち下がることはない。したがって、図２０で示すように、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２をセンサ信号ＳＳＡに同期した矩形信号とすることができる。なお、図２０では、出力Ｓ１とＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２には、クロック信号ＳＤＣと同期するタイミングの箇所にラインを示しているが、これは図２２との比較を容易にするために記載したものであり、実際には、出力Ｓ１とＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２はこのタイミングでＬレベルになるわけではなく、常にＨレベルを示している。図２３においても同様である。

図２１は、励磁区間制限回路５３７の動作を示すタイミングチャートである。この図２１には、センサ信号ＳＳＡと、励磁区間信号Ｅａと、２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２と、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，２とが示されている。なお、励磁区間信号Ｅａの生成方法については後述する。

励磁区間制限回路５３７（図１９）は、２つのＡＮＤ回路５３８，５３９を備えている。第１のＡＮＤ回路５３８は、励磁区間信号ＥａとＰＷＭ信号ＰＷＭ１との論理積を示す駆動信号ＤＲＶＡ１を出力し、第２のＡＮＤ回路５３９は、励磁区間信号ＥａとＰＷＭ信号ＰＷＭ２との論理積を示す駆動信号ＤＲＶＡ２を出力する。なお、図２１のセンサ信号ＳＳＡの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジ付近では、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２２は、「第２のモード」でモータが正転する場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この「第２のモード」の場合には、パルス値Ｍａの値は、乗算値ＩＮＴに設定される。したがって、この「第２のモード」の場合におけるＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２の実効値は、センサ用コイル信号ＣＳＡに同期した正弦波となる。また、第２のモードでは、第１のモードよりもモータの回転速度が大きいため、センサ用コイル信号ＣＳＡの振幅が大きくなっている。なお、モータの回転速度が大きくなると、センサ信号ＳＳＡやセンサ用コイル信号ＣＳＡの周波数も大きくなるが、この図２２では、便宜上、図２０と同じ周波数で描いている。

図２３は、「第１のモード」でモータが逆転する場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。図２４は、「第２のモード」でモータが逆転する場合における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ＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２が図２０および図２２から入れ替わっており、モータが逆転することが理解できる。

図２５は、励磁区間設定部４１８の内部構成と動作を示す説明図である。励磁区間設定部４１８は、上位比較値記憶部４７０と、下位比較値記憶部４７２と、２つの比較器４７４，４７６と、ＯＲゲート４７８とを備えている。第１の比較器４７４は、デジタル値ＡＧＣと、上位比較値ＵＣとを比較し、デジタル値ＡＧＣの値が上位比較値ＵＣよりも大きい場合には、信号Ｂ１をＨレベルとして出力する。一方、第２の比較器４７６は、デジタル値ＡＧＣと、下位比較値ＤＣとを比較し、デジタル値ＡＧＣの値が下位比較値ＤＣよりも小さい場合には、信号Ｂ２をＨレベルとして出力する。ＯＲゲート４７８は、信号Ｂ１と信号Ｂ２との論理和を、励磁区間信号Ｅａとして出力する。なお、上位比較値ＵＣと下位比較値ＤＣの値は、ＣＰＵ２２０によって、任意の値に書き換えることも可能である。

図２６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５２１と、スイッチングトランジスタ５２２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５２２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５５２を充電することが可能である。また、蓄電器５５２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５５２は、電源ユニット５５０（図８）内に搭載されている。また、電力回生回路５２０と、蓄電器５５２と、回生制御部５１０は省略することも可能である。

このように、第１実施例では、磁気センサ４０からの信号ＳＳＡとセンサ用コイル４４からの信号ＣＳＡとを利用することにより、従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動することができると共に、電動機を確実に始動させることができる。

なお、磁気センサ４０（ホールＩＣ）は、本発明における「位置センサ」に相当し、駆動制御部４００は、本発明における「駆動信号生成部」に相当し、自動ゲイン調整部４２４は、本発明における「振幅調整部」に相当する。ロータ部３０は、本発明における「第１の駆動部材」に相当し、ステータ部１０は、本発明における「第２の駆動部材」に相当する。

Ｂ．第２実施例：
図２７は、第２実施例における駆動制御部４００ｂの構成を示すブロック図である。この駆動制御部４００ｂは、駆動制御部４００（図１３）における駆動信号切替部４０８と、絶対値化部４１４と、ＰＷＭ部５３０との代わりに、駆動信号選択部４０８ｂと、符号化部４１５と、ＰＷＭ部５３０ｂとを備えている。

駆動信号選択部４０８ｂは、切替信号ＳｍがＬレベルを示している場合には、センサ信号ＳＳＡを出力し、切替信号ＳｍがＨレベルを示している場合には、デジタル値ＡＧＣを出力する。符号化部４１５は、センサ信号ＳＳＡが供給された場合には、センサ信号ＳＳＡの中位点がＧＮＤとなるようにセンサ信号ＳＳＡをオフセットする。そして、符号化部４１５は、オフセット後のセンサ信号ＳＳＡの絶対値を絶対値Ｘａとして出力するとともに、オフセット後のセンサ信号ＳＳＡの正負の符号を正負符号Ｐａとして出力する。また、符号化部４１５は、デジタル値ＡＧＣが供給された場合には、デジタル値ＡＧＣの絶対値を絶対値Ｘａとして出力するとともに、デジタル値ＡＧＣの正負の符号を正負符号Ｐａとして出力する。なお、正負符号Ｐａは、正の場合にはＬレベルを示し、負の場合にはＨレベルを示す信号である。

図２８は、ＰＷＭ部５３０ｂの内部構成を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０ｂには、センサ信号ＳＳＡの代わりに、正負符号Ｐａが供給されている。ここで、センサ信号ＳＳＡと、正負符号Ｐａの波形とは、極性が反対である。したがって、回転方向制御部５３５ｂは、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、出力Ｓ２がＬレベルを示している期間の出力Ｓ１を第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１として出力し、出力Ｓ２がＨレベルを示している期間の出力Ｓ１を第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２として出力する。

このように、駆動信号選択部４０８ｂを用いて、センサ信号ＳＳＡとデジタル値ＡＧＣとを選択しても、第１実施例と同様に、従来に比べてさらに高効率に電動機を駆動することが可能であると共に、電動機を確実に始動させることができる。

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。

Ｃ１．変形例１：
上記実施例では、電動機の回転速度が所定の速度を超えた場合に「第１のモード」から「第２のモード」へと切り替えていたが、この代わりに、電動機の始動後の経過時間や、センサ用コイル信号ＣＳＡの振幅の大きさ等、所定の条件を満たした後に、「第１のモード」から「第２のモード」へと切り替えることも可能である。

Ｃ２．変形例２：
上記実施例では、センサ用コイル４４は、回路基板の表面に配線パターンとして構成されていたが、この代わりに、銅線をコイル状に巻いて構成したセンサ用コイルを回路基板上に設置することとしてもよい。

Ｃ３．変形例３：
上記実施例では、センサ用コイル４４は、電磁コイル１３を回路基板に投影した位置に配線パターンとして形成されていたが、この代わりに、電磁コイル１１〜１４を投影した位置以外の位置に形成することとしてもよい。

Ｃ４．変形例４：
上記実施例では、位置センサとして、デジタル出力のホールＩＣを用いていたが、この代わりに、ステータ部１０とロータ部３０との相対位置を検出する種々の位置センサを用いることができる。例えば、光学式のロータリーエンコーダ等を用いることが可能である。

Ｃ５．変形例５：
上記実施例では、電動機の始動後に第２のモードを利用していたが、電力回生時にも第２のモードを利用することとしてもよい。

Ｃ６．変形例６：
上記実施例では、単相駆動のブラシレスモータとして具体例を説明したが、本発明は、ニ相以上で駆動するブラシレスモータにも適用することが可能である。

Ｃ７．変形例７：
上記実施例では、平面ロータ型のブラシレスモータとして具体例を説明したが、本発明は、インナーロータ型やアウターロータ型のブラシレスモータにも適用することが可能である。

Ｃ８．変形例８：
上記実施例では、回転型のブラシレスモータとして具体例を説明したが、本発明は、リニア駆動のブラシレスモータにも適用することが可能である。

Ｃ９．変形例９：
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、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。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。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器（ＰＣ、ネットワーク機器、デジタルテレビ等）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。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。

図２９は、本発明の実施例によるモータ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６００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源６１０Ｒ、６１０Ｇ、６１０Ｂ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６４０Ｒ、６４０Ｇ、６４０Ｂ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６５０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６６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン６７０と、プロジェクタ６００の全体を制御する制御部６８０と、を備えている。冷却ファン６７０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。

図３０（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図３０（Ａ）は携帯電話７００の外観を示しており、図３０（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話７００は、携帯電話７００の動作を制御するＭＰＵ７１０と、ファン７２０と、燃料電池７３０とを備えている。燃料電池７３０は、ＭＰＵ７１０やファン７２０に電源を供給する。ファン７２０は、燃料電池７３０への空気供給のために携帯電話７００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池７３０で生成される水分を携帯電話７００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン７２０を図３０（Ｃ）のようにＭＰＵ７１０の上に配置して、ＭＰＵ７１０を冷却するようにしてもよい。ファン７２０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。

図３１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。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。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。

図３２は、本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット９００は、第１と第２のアーム９１０，９２０と、モータ９３０とを有している。このモータ９３０は、被駆動部材としての第２のアーム９２０を水平回転させる際に使用される。このモータ９３０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。

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している。 センサ用コイルの形状を示す説明図である。 磁石列と電磁コイル列の位置関係及び電磁コイルの逆起電力波形と磁気センサ出力とセンサ用コイル信号との関係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。 モータ本体の正転動作の様子を示す説明図である。 モータ本体の逆転動作の様子を示す説明図である。 モータの移動方向の制御手順を示すフローチャートである。 ブラシレスモータのシステム全体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説明図である。 ドライバ回路の他の構成を示す説明図である。 電磁コイルの各種の巻き方を示す説明図である。 駆動制御部が駆動信号を生成する過程において利用する各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。 駆動制御部の内部構成を示すブロック図である。 自動ゲイン調整部の内部構成を示すブロック図である。 自動ゲイン調整部の入力信号と出力信号を示す説明図である。 回転速度検出部の内部構成と動作を示す説明図である。 駆動信号切替部の内部構成を示すブロック図である。 駆動信号切替部の動作を示すタイミングチャートである。 ＰＷＭ部の内部構成の一例を示すブロック図である。 「第１のモード」でモータが正転する場合におけるＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。 励磁区間制限回路の動作を示すタイミングチャートである。 「第２のモード」でモータが正転する場合におけるＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。 「第１のモード」でモータが逆転する場合におけるＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。 「第２のモード」でモータが逆転する場合における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。 電力回生回路の内部構成を示す回路図である。 第２実施例における駆動制御部の構成を示すブロック図である。 第２実施例におけるＰＷＭ部の内部構成を示すブロック図である。 本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。 本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。 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。 本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。

符号の説明

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
４０…磁気センサ
４４…センサ用コイル
１００…モータ本体
１０２…ケーシング
１１２…回転軸
１２０…回路基板
２００…制御回路
２２０…ＣＰＵ
２２１…バス
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
２５２…トランジスタ
２５３…トランジスタ
２５４…トランジスタ
２５５…レベルシフタ
２５６…レベルシフタ
４００…駆動制御部
４００ｂ…駆動制御部
４０２…基本クロック信号生成部
４０４…分周器
４０８…駆動信号切替部
４０８ｂ…駆動信号選択部
４１０…正逆方向指示部
４１２…回転速度検出部
４１３…乗算器
４１４…絶対値化部
４１５…符号化部
４１６…電圧指令値レジスタ
４１８…励磁区間設定部
４２０…アンプ部
４２２…ＡＤ変換部
４２４…自動ゲイン調整部
４３０…最大値検出部
４３２…最大値記憶部
４３４…係数算出部
４３６…基準値記憶部
４３８…演算部
４４０…出力値記憶部
４５０…カウンタ値記憶部
４５２…カウンタ部
４５４…最大カウンタ値記憶部
４５６…切替信号設定部
４６０…最大パルス値記憶部
４６２…セレクタ
４７０…上位比較値記憶部
４７２…下位比較値記憶部
４７４…第１の比較器
４７６…第２の比較器
４７８…ＯＲゲート
５１０…回生制御部
５２０…電力回生回路
５２１…整流回路
５２２…スイッチングトランジスタ
５３０…ＰＷＭ部
５３０ｂ…ＰＷＭ部
５３１…カウンタ
５３３…ＥＸＯＲ回路
５３５…回転方向制御部
５３７…励磁区間制限回路
５５０…電源ユニット
５５２…蓄電器
６００…プロジェクタ
６１０Ｒ…光源
６４０Ｒ…液晶ライトバルブ
６５０…クロスダイクロイックプリズム
６６０…投写レンズ系
６７０…冷却ファン
６８０…制御部
７００…携帯電話
７２０…ファン
７３０…燃料電池
８００…自転車
８１０…モータ
８２０…制御回路
８３０…充電池
９００…ロボット
９１０…第１のアーム
９２０…第２のアーム
９３０…モータ

Claims (15)

1. 電動機であって、
   複数の永久磁石を有する第１の駆動部材と、
   複数の電磁コイルを有する第２の駆動部材と、
   前記第１の駆動部材と前記第２の駆動部材とが相対運動している場合に前記電磁コイルに発生する誘起電圧波形に近似する波形の信号を出力するセンサ用コイルと、
   前記第１の駆動部材と前記第２の駆動部材との相対位置を検出する位置センサと、
   を備える、電動機。
2. 請求項１記載の電動機であって、さらに、
   駆動信号を生成する駆動信号生成部を備え、
   前記駆動信号生成部は、
   少なくとも前記位置センサの出力波形に基づいて、前記駆動信号を生成する第１のモードと、
   少なくとも前記センサ用コイルの出力波形に基づいて、前記駆動信号を生成する第２のモードと、
   を有する、電動機。
3. 請求項２記載の電動機であって、
   前記駆動信号生成部は、
   前記第１のモードでは、前記駆動信号の波形が、前記位置センサの出力波形と同期した矩形波となるように、前記駆動信号を生成し、
   前記第２のモードでは、前記駆動信号の実効的な波形が、前記センサ用コイルの出力波形を模擬した形状となるように、前記駆動信号を生成する、電動機。
4. 請求項２または３記載の電動機であって、
   前記駆動信号生成部は、
   前記電動機の始動時には、前記第１のモードで前記駆動信号を生成し、
   前記電動機の始動後において所定の条件を満たした後に、前記第２のモードで前記駆動信号を生成する、電動機。
5. 請求項４記載の電動機であって、
   前記駆動信号生成部は、
   前記電動機の始動時には、前記第１のモードで前記駆動信号を生成し、
   前記電動機の始動後において、
   （ｉ）前記電動機の回転速度が所定の回転速度閾値を超えるという条件と、
   （ｉｉ）前記電動機の始動後から所定の期間が経過するという条件と、
   （ｉｉｉ）前記センサ用コイルの出力波形の振幅の大きさが所定の振幅閾値を超えるという条件と、
   のうちの少なくとも１つの条件を満たした後に、前記第２のモードで前記駆動信号を生成する、電動機。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載の電動機であって、
   前記センサ用コイルの形状は、前記センサ用コイルの平均的な周形状が、前記電磁コイルの平均的な周形状と、相似形となるような形状である、電動機。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の電動機であって、
   前記センサ用コイルは、前記第２の駆動部材が有する回路基板に配線パターンとして形成されている、電動機。
8. 請求項７記載の電動機であって、
   前記センサ用コイルは、前記電磁コイルを前記回路基板に投影した位置に設けられている、電動機。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の電動機であって、さらに、
   前記センサ用コイルの出力信号の振幅が所定値となるように、前記出力信号の振幅を調整する振幅調整部を備える、電動機。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の電動機と、
    前記電動機によって駆動される被駆動部材と、
    を備える装置。
11. 請求項１０記載の装置であって、
    前記装置は、電子機器である、装置。
12. 請求項１１記載の電子機器であって、
    前記電子機器はプロジェクタである、装置。
13. 請求項１１記載の電子機器であって、
    前記電子機器は携帯機器である、装置。
14. 請求項１０記載の装置であって、
    前記装置は移動体である、装置。
15. 請求項１０記載の装置であって、
    前記装置はロボットである、装置。

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