JP2012065505A - 電動モーター - Google Patents

Abstract

【課題】脱調し難いモーターを実現する。
【解決手段】電動モーターであって、歯車形状を有し、回転する軸を中心に半径方向に磁化された回転子２０と、前記回転子の半径方向外側に前記回転子と対向するように配置されたコア１５０であって、前記回転子側に内歯車形状を有する複数の歯１５１を有するコア１５０と、前記コアに巻かれて半径方向に磁束を発生させる電磁コイル１００と、前記回転子の磁束を検出する磁気センサー３００と、前記磁気センサーの出力に応じて前記電磁コイルを駆動するための駆動信号を生成する制御部２４０と、を備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、電動モーターに関し、特にハイブリッド型ステッピングモーターに関する。

パルス信号に同期して動作するステッピングモーター（ハイブリッドモーター）が広く用いられており、ステッピングモーターでは、このパルス信号を、外部のロジックにより発生させていた。ここで、ステッピングモーターに対し、過大なトルクを発生させ、あるいは高速の駆動パルス信号を加えると、１パルス＝１ステップという関係を維持できない状態（脱調した状態）となり、制御が不能となる場合がある。従って、ステッピングモーターは、脱調した状態とならないように駆動制御されることが求められる（例えば特許文献１）。

特開２００２−３６６００２号公報

しかし、従来の技術では、ハイブリッドモーターが脱調した状態とならないように駆動制御するため、ハイブリッドモーターを高回転、高トルクで動作させ難いという問題があった。

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、脱調し難いハイブリッドモーターを実現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］
電動モーターであって、歯車形状を有し、回転する軸を中心に半径方向に磁化された磁石を有する回転子と、前記回転子の半径方向外側に前記回転子と対向するように配置されたコアであって、前記回転子側に内歯車形状を有する複数の歯を有するコアと、前記コアに巻かれて半径方向に磁束を発生させる電磁コイルと、前記回転子の磁束を検出する磁気センサーと、前記磁気センサーの出力に応じて前記電磁コイルを駆動するための駆動信号を生成する制御部と、を備える、電動モーター。
この適用例によれば、制御部は、前記磁気センサーの出力に応じて前記電磁コイルを駆動するための駆動信号を生成するので、ハイブリッドモーターを高回転、高トルクで動作させても脱調し難くできる。

［適用例２］
適用例１に記載の電動モーターにおいて、前記制御部は、前記磁気センサーの出力を用いて、前記電磁コイルを駆動するためのＰＷＭ駆動波形を生成する、電動モーター。

［適用例３］
適用例２に記載の電動モーターにおいて、
前記電磁コイルに電気角２π分のＰＷＭ駆動波形が入力されたとき、前記歯車の４ピッチ分前記回転子を回転させる、電動モーター。
この適用例によれば、電動モーターをステッピング動作させることができる。

［適用例４］
適用例１から適用例３のうちのいずれか一つの適用例に記載の電動モーターにおいて、前記電動モーターが２相モーターである場合に、前記２相のうちの第１の相に対応する磁気センサーのみを備え、前記制御部は、前記第１の相に対応した前記磁気センサーの出力の大きさと、前記出力の変化率がプラスかマイナスかと、に基づいて、他相の磁気センサーがあれば出力したであろう出力を算出し、前記磁気センサーの出力及び前記算出した出力とを用いて、前記第１の相及び前記他相の電磁コイルを駆動するための駆動信号を生成する、電動モーター。
この適用例によれば、磁気センサーの数を少なくすることが可能となる。

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、ハイブリッドモーターの他、ハイブリッドモーターの制御方法等様々な形態で実現することができる。

本実施例にかかるハイブリッドモーターを模式的に示す説明図である。 ステーターを回転軸と垂直な面で切ったときの断面を示す説明図である。 永久磁石２００Ａ、２００Ｂを拡大して示す説明図である。 コアと電磁コイルと永久磁石の関係を模式的に示す説明図である。 コアと電磁コイルと永久磁石の動作を模式的に示す説明図である。 正転時におけるタイミングチャートを示す説明図である。 反転時におけるタイミングチャートを示す説明図である。 本実施例のハイブリッドモーターの制御回路ブロックを示す説明図である。 駆動制御部の内部構成と動作を示す説明図である。 ＰＷＭ部５３０（図９）の内部構成の一例を示すブロック図である。 ハイブリッドモーターの正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。 ハイブリッドモーターの反転時のＰＷＭ部５３０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５９０の内部構成と動作を示す説明図である。 符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。 駆動部の動作状態を示す説明図である。 変形例のハイブリッドモーターのタイミングチャートを示す説明図である。 Ａ相の磁気センサーの出力からＢ相の演算値を求めた一例を示す説明図である。

図１は、本実施例にかかるハイブリッドモーターを模式的に示す説明図である。ハイブリッドモーター１０は、略円筒状のステーター１５が外側に配置され、略円筒状のローター２０が内側に配置されている。ステーター１５は、筐体１６と、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂと、コア１５０Ａ、１５０Ｂと、磁気センサー３００Ａ、３００Ｂと、を備える。電磁コイル１００Ａ、１００Ｂは、筐体１６の内周に沿って配列されている。電磁コイル１００Ａはコア１５０Ａに巻かれており、電磁コイル１００Ｂはコア１５０Ｂに巻かれている。磁気センサー３００Ａ、３００Ｂは、ローター２０の永久磁石の位相を検出する。磁気センサー３００Ａ、３００Ｂは、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの各相に１つずつ配置されている。

ローター２０は、中心に回転軸２３０（「シャフト２３０」とも呼ぶ。）を有し、外周に永久磁石２００Ａ、２００Ｂを有している。永久磁石２００Ａ、２００Ｂは、略円筒形をしており、永久磁石２００Ｂは、永久磁石２００Ａを回転軸２３０の軸方向に平行に移動させた位置に配置されている。永久磁石２００Ａ、２００Ｂは、回転軸２３０の中心から外部に向かう径方向（半径方向、あるいは放射方向）に沿って磁化されている。また、永久磁石２００Ａ、２００Ｂと電磁コイル１００Ａ、１００Ｂとは、ローター２０とステーター１５の対向する円筒面に対向して配置されている。ボールベアリング２４０は、回転軸２３０と、筐体１６との間に配置され、回転軸２３０を支持するとともに、回転軸２３０の回転を滑らかにする。

図２は、ステーターを、回転軸と垂直な面で切ったときの断面を示す説明図である。コア１５０Ａは、中心に向けて突き出ており、コア１５０Ａの突き出た部分には、電磁コイル１００Ａが巻かれている。コア１５０Ａの中心側の先端は、円周方向に円弧状に広がっている。コア１５０Ａの円弧状に広がった部分には、中心側を向く複数の歯１５１Ａが形成されており、歯１５１Ａは円周方向に沿って並んでいる。なお、コア１５０Ｂも、コア１５０Ａと同様の構成を有し、中心側を向く複数の歯１５１Ｂを有している。コア１５０Ａとコア１５０Ｂは、円周方向に沿って、交互に配置されており、歯１５１Ａ、１５１Ｂは、内歯歯車の形状を形成している。磁気センサー３００Ａ、３００Ｂは、コア１５０Ａとコア１５０Ｂとの間に配置されている。なお、磁気センサー３００Ａ、３００Ｂは、各相（Ａ相、Ｂ相）につき１つあればよい。磁気センサー３００Ａ、３００Ｂとして、例えばホール素子を用いることができる。磁気センサー３００Ａ、３００Ｂは、後述する永久磁石２００Ａ、２００Ｂの位相を検知するために用いられる。

図３は、永久磁石２００Ａ、２００Ｂを拡大して示す説明図である。永久磁石２００Ａ、２００Ｂは、表面に凹凸を有しており、外歯歯車の形状を有している。永久磁石２００Ａは、凸になった部分がＮ極であり、中心側がＳ極である。凸になった部分を「歯２０１Ａ」と呼ぶ。永久磁石２００Ｂは、逆に凸になった部分がＳ極であり、中心側がＮ極である。同様に、凸になった部分を「歯２０１Ｂ」と呼ぶ。永久磁石２００Ａの隣接する歯２０１Ａと歯２０１Ａとの間隔を２πとしたとき、永久磁石２００Ａの歯２０１Ａと永久磁石２００Ｂの歯２０１Ｂとは、π／２ずれるように配置されている。

図４は、コアと、電磁コイルと、永久磁石の関係を模式的に示す説明図である。なお、図２、図３に示すように、コア１５０Ａ、１５０Ｂの先端部や永久磁石２００Ａは、円弧形状あるいは円筒形状を有しているが、図４では、図面を簡略化するため、直線で表している。コア１５０Ａの歯１５１Ａと、コア１５０Ｂの歯１５１Ｂと、永久磁石２００Ａの歯２０１Ａは、同じピッチで形成されている。したがって、コア１５０Ａの歯１５１Ａと、永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとを一致させることができる。また、コア１５０Ａの端の歯１５１Ａの中心とコア１５０Ｂの端の歯１５１Ｂの中心との間隔は、７π／２である。したがって、コア１５０Ｂの歯１５１Ｂと永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとは、π／２ずれる。さらに、上述したように、永久磁石２００Ａと永久磁石２００Ｂとは、π／２ずれるように配置されているので、コア１５０Ａの歯１５１Ａと、永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとが一致しているとき、コア１５０Ｂの歯１５１Ｂ（図示せず）と、永久磁石２００Ｂの歯２０１Ｂ（図示せず）とが一致する。

図５は、コアと電磁コイルと永久磁石の動作を模式的に示す説明図である。図５では、４つのコア１５０Ａ１、１５０Ｂ１、１５０Ａ２、１５０Ｂ２を示している。図５から明らかなように、コア１５０Ａ１の歯１５１Ａ１と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとが一致するとき、コア１５０Ａ１に隣接するコア１５０Ｂ１の歯１５１Ｂ１と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとは、π／２ずれ、さらにコア１５０Ｂ１に隣接するコア１５０Ａ２の歯１５１Ａ２と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとはπずれ、２つの歯２０１Ａの間に歯１５１Ａ２が位置する。

このハイブリッドモーター１０では、１ステップ進むごとに、ローター２０（永久磁石２００Ａ）が電気角でπ／２移動する。すなわち、図５（Ａ）に示す状態では、コア１５０Ａ１の歯１５１Ａ１と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとが一致している。１ステップ進むと、図５（Ｂ）に示すように、永久磁石２００Ａは図の左方にπ／２移動し、コア１５０Ｂ１の歯１５１Ｂ１と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとが一致する。さらに１ステップ進むと、図５（Ｃ）に示すように、永久磁石２００Ａは図の左方にπ／２移動し、コア１５０Ａ２の歯１５１Ｂ１と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとが一致する。さらに１ステップ進むと、図５（Ｄ）に示すように、永久磁石２００Ａは図の左方にπ／２移動し、コア１５０Ｂ２の歯１５１Ｂ２と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとが一致する。さらに１ステップ進むと、永久磁石２００Ａは図の左方にπ／２移動し、コア１５０Ａ１の歯１５１Ａ１と永久磁石２００Ａの歯２０１Ａとが一致する。すなわち、コア１５０Ａ１、１５０Ａ２、１５０Ｂ１、１５０Ｂ２と永久磁石２００Ａとの位置関係は、図５（Ａ）に示す状態に戻る。

図６は、正転時におけるタイミングチャートを示す説明図である。Ａ相逆誘起電圧、Ｂ相逆誘起電圧は、ハイブリッドモーター１０が回転したときに電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに誘起する電圧である。Ａ相逆誘起電圧、Ｂ相逆誘起電圧の値は−Ｅｇ［Ｖ］〜＋Ｅｇ［Ｖ］の間である。また、正転時では、Ｂ相逆誘起電圧の位相は、Ａ相逆誘起電圧の位相よりもπ／２遅れている。Ａ相磁気センサー出力ＳＳＡ、Ｂ相磁気センサー出力ＳＳＢは、磁気センサー３００Ａ、３００Ｂの出力である。磁気センサー３００Ａ、３００Ｂの出力ＳＳＡ、ＳＳＢは、０［Ｖ］〜Ｖｇ［Ｖ］である。Ａ相磁気センサー出力ＳＳＡ、Ｂ相磁気センサー出力ＳＳＢについても同様に、Ａ相磁気センサー出力ＳＳＡの位相は、Ｂ相磁気センサー出力ＳＳＢの位相よりもπ／２遅れている。クロック信号ＰＣＬは、後述するＰＷＭ駆動回路を駆動するための基準クロック信号である。クロック信号ＰＣＬの生成については後述する。クロック信号ＳＤＣは、クロック信号ＰＣＬを１／Ｎに分周して得られるクロック信号である。正負符号信号Ｐａ、Ｐｂは、磁気センサー３００Ａ、３００Ｂの出力ＳＳＡ、ＳＳＢの正負に対応している。磁気センサー３００Ａの出力が正のとき、Ａ相正負符号信号Ｐａも正となり、磁気センサー３００Ａの出力が負のとき、Ａ相正負符号信号Ｐａも負となる。Ｂ相正負符号信号Ｐｂについても同様である。Ａ相ＰＷＭ駆動信号、Ｂ相ＰＷＭ駆動信号は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂの駆動信号である。実際には、Ａ相ＰＷＭ駆動信号にＡ相正負符号信号Ｐａを掛けた電圧が電磁コイル１００Ａに印加され、Ｂ相ＰＷＭ駆動信号にＢ相正負符号信号Ｐｂを掛けた電圧が電磁コイル１００Ｂに印加される。Ａ相励磁電圧、Ｂ相励磁電圧は、電磁コイル１００Ａ、１００Ｂに印加される電圧である。

図７は反転時におけるタイミングチャートを示す説明図である。反転時は、図６の正転時と以下の点で異なる。正転では、Ｂ相逆誘起電圧の位相は、Ａ相逆誘起電圧の位相よりもπ／２遅れているが、反転では、Ｂ相逆誘起電圧の位相は、Ａ相逆誘起電圧の位相よりもπ／２進んでいる。同様に、Ａ相磁気センサー出力ＳＳＡの位相は、Ｂ相磁気センサー出力ＳＳＢの位相よりもπ／２進んでいる。また、正転時には、Ａ相磁気センサー出力ＳＳＡが極大値のとき、Ａ相逆誘起電圧は正の極大値をとるが、反転時には、Ａ相磁気センサー出力ＳＳＡが極大値のとき、Ａ相逆誘起電圧は負の極大値をとる。反転のときは、磁気センサー３００Ａの出力が正のとき、Ａ相正負符号信号Ｐａは負となり、磁気センサー３００Ａの出力が負のとき、Ａ相正負符号信号Ｐａは正となる。Ｂ相正負符号信号Ｐｂについても同様である。

図８は、本実施例のハイブリッドモーターの制御回路ブロックを示す説明図である。制御回路ブロックは、Ａ相ＰＷＭ部５３０Ａ、Ｂ相ＰＷＭ部５３０Ｂと、ＣＰＵ４００と、Ａ相駆動部２５０Ａ、Ｂ相駆動部２５０Ｂを備える。Ａ相ＰＷＭ部５３０Ａは、Ａ相駆動制御部を含んでいる。Ａ相ＰＷＭ部５３０Ａは、Ａ相駆動制御部からの制御信号を受けて、ハイブリッドモーター１０のＡ相用の電磁コイル１００Ａを駆動する。ハイブリッドモーター１０は、Ａ相用の磁気センサー３００Ａを含んでおり、このＡ相磁気センサー３００Ａからの出力ＳＳＡを受けて、Ａ相ＰＷＭ部５３０Ａは制御を行う。Ｂ相の制御についても同様である。

図９は、駆動制御部の内部構成と動作を示す説明図である。駆動制御部は、ＰＷＭ制御部２４０と、駆動部２５０とを有している。駆動部２５０は、複数のスイッチング素子を備えたブリッジ回路である。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ー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ー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ＣＰＵ４００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ー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、駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２、ＤＲＶＢ１、ＤＲＶＢ２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ー５４０内には、ハイブリッドモーター１０の回転方向を示す値ＲＩがＣＰＵ４００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レベルのときにハイブリッドモーター１０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。なお、以下では、Ａ相とＢ相のパラメータ（後述する励磁区間など）は同じ値に設定されるものとして説明するが、Ａ相とＢ相のパラメータを互いに異なる値に設定することも可能である。

なお、本明細書において、Ａ相とＢ相とをまとめて指す場合には、符号の末尾「ａ」「ｂ」（Ａ相とＢ相を示すもの）を省略している。例えば、Ａ相とＢ相の乗算値Ｍａ、Ｍｂを区別する必要が無い場合には、これらを合わせて「乗算値Ｍ」と呼ぶ。他の符号についても同様である。

磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡは、ＡＤ変換部５７０に供給される。この磁気センサー３００Ａの出力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、このセンサー出力ＳＳＡをＡＤ変換して、センサー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、プラス側の中央値を８０ｈとし、マイナス側の中央値を７Ｆｈとしてそれぞれを波形の中位点に対応させる。

符号化部５６０は、ＡＤ変換後のセンサー出力値のレンジを変換するとともに、センサー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ー出力値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、センサー出力値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ー５８０は、ＣＰＵ４００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、ハイブリッドモーター１０の印加電圧を設定する値として機能するものである。電圧指令値Ｙａは、典型的には０〜１．０の値を取るが、１．０よりも大きな値を設定可能としても良い。但し、以下では電圧指令値Ｙａが０〜１．０の範囲の値を取るものと仮定する。このとき、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ー出力値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、センサー出力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はセンサー出力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。

図１０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、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１１は、ハイブリッドモーターの正転時の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の出力である駆動信号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。ハイブリッドモーター１０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７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。

上述の説明から理解できるように、カウンタ５３１は、乗算値Ｍａに基づいてＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成回路として機能している。また、駆動波形形成部５３５は、励磁区間信号Ｅａに応じてＰＷＭ信号をマスクするマスク回路として機能している。

図１２は、ハイブリッドモーターの反転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。ハイブリッドモーター１０の反転時には、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７から入れ替わっており、この結果、ハイブリッドモーター１０が反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、ＡＮＤ回路５９９とを有している。電子可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖは、ＣＰＵ４００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、磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡが供給されている。なお、図９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。磁気センサー３００Ａの出力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、磁気センサー３００Ａの出力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、出力信号Ｓｐ、Ｓｎの論理和を取った信号となる。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、ＣＰＵ４００が可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行なわれる。

なお、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定機能は、ＣＰＵ４００以外の他の回路で実現するようにしてもよい。また、外部からの要求（例えばモータの出力要求）に応じて電圧指令値Ｙａと励磁区間信号Ｅａの両者の値を調整し、これによって、要求に応じた出力を達成する調整部としての機能についても同様である。

ところで、ハイブリッドモーター１０の始動時には、励磁区間ＥＰはなるべく大きく、非励磁区間ＮＥＰはなるべく小さくすることが好ましい。この理由は、ハイブリッドモーター１０が、位相が非励磁区間ＮＥＰの内部に相当する位置で静止している場合には、ＰＷＭ信号が駆動波形形成部５３５（図１０）でマスクされてしまうので、始動できない可能性があるためである。従って、始動時には、非励磁区間ＮＥＰは、その許容範囲の中の最小値とすることが好ましい。なお、非励磁区間ＮＥＰの最小値は、ゼロでない値とすることが好ましい。この理由は、非励磁区間ＮＥＰの最小値をゼロとすると、磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡの極性（すなわち駆動信号の極性）が反転するタイミングにおいて、駆動部２５０（図９）内において電流が逆流してしまい、スイッチングトランジスタが損傷する可能性があるからである。

図１４は、符号化部の動作とタイミングチャートを示す説明図である。ここでは、Ａ相用の符号化部５６０（図９）を例にとり説明する。符号化部５６０は、ＡＤＣ部５７０（図９）からＡＤＣ信号を受取、センサー出力値Ｘａと正負符号信号Ｐａを生成する。ここで、センサー出力値Ｘａは、ＡＤＣ信号を＋１２７〜−１２８にシフトし、その絶対値を取った値である。また、正負符号信号Ｐａについては、ＡＤＣ信号の値が０よりも小さい場合に正負符号信号ＰａをＨ、ＡＤＣ信号の値が０よりも大きい場合に正負符号信号ＰａをＬとしている。なお、正負符号信号Ｐａの正負は、逆であってもよい。

図１５は、駆動部の動作状態を示す説明図である。なお、Ａ相、Ｂ相の構成は同じであるので、Ａ相についてのみ説明する。Ａ相駆動部２５０Ａは、４つのスイッチングトランジスタＴｒ１Ａ〜Ｔｒ４Ａを有しており、また、上アーム側のスイッチングトランジスタＴｒ１Ａ、Ｔｒ３Ａには、駆動信号のレベルを調整するためのレベルシフト回路２５５Ａ、２５６Ａが設けられている。但し、レベルシフト回路２５５Ａ、２５６Ａは省略可能である。

Ａ相駆動部２５０Ａには、ＰＷＭ部５３０（図９）から駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２が供給される。駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２は、どちらか一方のみがオンし、同時にはオンしない。駆動信号ＤＲＶＡ１がオン状態になるととともに駆動信号ＤＲＶＡ２がオフ状態になるときに、第１の電流方向ＩＡ１に電流が流れる。逆に、駆動信号ＤＲＶＡ１がオフ状態になるととともに駆動信号ＤＲＶＡ２がオン状態になるときに、第２の電流方向ＩＡ２に電流が流れる。この結果、ハイブリッドモーター１０が駆動信号に応じて駆動される。

以上のように、本実施例では、磁気センサー３００Ａ、３００Ｂからの出力信号ＳＳＡ、ＳＳＢを用いて駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２、ＤＲＶＢ１、ＤＲＶＢ２を生成し、ハイブリッドモーター１０を駆動する。ハイブリッドモーター１０の回転数やトルクに応じた駆動信号ＤＲＶＡ１、ＤＲＶＡ２、ＤＲＶＢ１、ＤＲＶＢ２を生成することができるので、サーボモーターの様な高トルクで脱調し難いハイブリッドモーターを実現することができる。

［変形例］
図１６は、変形例のハイブリッドモーターのタイミングチャートを示す説明図である。この変形例では、磁気センサー３００Ｂを備えておらず、磁気センサーはＡ相用の磁気センサー３００Ａのみを備える。本実施例では、Ｂ相用の磁気センサー３００Ｂの出力ＳＳＢからＢ相用正負符号信号Ｐｂを生成していたが、この変形例では、クロック信号ＳＤＣとＡ相用正負符号信号ＰａからＢ相用正負符号信号Ｐｂを生成する。例えば、Ｐｂ＝ＳＤＣ．ＸＯＲ．ＰａまたはＰｂ＝ＳＤＣ．ＸＮＯＲ．Ｐａの演算を実行することにより、クロック信号ＳＤＣとＡ相用正負符号信号ＰａからＢ相用正負符号信号Ｐｂを生成することができる。この場合、ＸＯＲを用いた場合を正転とすると、ＸＮＯＲを用いる場合は、反転となる。なおその他の動作については、実施例と同様である。

図１７は、Ａ相の磁気センサーの出力からＢ相の演算値を求めた一例を示す説明図である。ここでは、Ａ相磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡをＶＤＤ／２で割り、１を引くことにより、Ａ相磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡＮの最大値を１、最小値を−１としている。Ａ相磁気センサー３００Ａの出力をＳＳＡＮ（−１≦ＳＳＡＮ≦１）とすると、正転の時のＢ相の演算値ＳＳＢＮは、ＳＳＢＮ＝Δ×√（１²−ＳＳＡＮ²）で求めることが出来、反転の時のＢ相の演算値ＳＳＢＮは、ＳＳＢＮ＝−Δ×√（１²−ＳＳＡＮ²）で求めることが出来る。ここで、係数Δは、Ａ相磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡＮの変化を示す係数であり、出力ＳＳＡＮが増加するとき（変化率がプラス）はΔ＝１であり、出力ＳＳＡＮが減少するとき（変化率がマイナス）はΔ＝―１である。なお、Δは次の式（１）により算出することが出来る。

磁気センサー３００Ａは、予め定められた周期毎にデータを出力する。ＳＳＡＮ_MはＭ個目のＡ相磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡＮを示し、ＳＳＡＮ_M+1はＭ＋１個目のＡ相磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡＮを示している。

この変形例によれば、Ａ相磁気センサー３００Ａの出力ＳＳＡＮからＢ相の演算値ＳＳＢＮを容易に算出することが出来る。その結果、Ｂ相用の磁気センサー３００Ｂを備えなくてもよいので、構成部品の数の削減を行うことができる。

以上、いくつかの実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。

１０…ハイブリッドモーター
１５…ステーター
１６…筐体
２０…ローター
１００Ａ、１００Ｂ…電磁コイル
１５０Ａ、１５０Ａ１、１５０Ａ２、１５０Ｂ、１５０Ｂ１、１５０Ｂ２…コア
１５１Ａ、１５１Ａ１、１５１Ａ２、１５１Ｂ、１５１Ｂ１、１５１Ｂ２…歯
２００Ａ、２００Ｂ…永久磁石
２０１Ａ、２０１Ｂ…歯
２３０…回転軸（シャフト）
２４０…ボールベアリング
２５０…駆動部
２５５Ａ…レベルシフト回路
３００Ａ、３００Ｂ…磁気センサー
４００…ＣＰＵ
５１０…基本クロック生成回路
５２０…分周器
５３１、５３２…カウンタ
５３５、５３６…駆動波形形成部
５４０…正逆方向指示値レジスター
５５０、５５２…乗算器
５６０、５６２…符号化部
５８０…電圧指令値レジスター
５９０…励磁区間設定部
５９２…電子可変抵抗器
５９４…第１の電圧比較器
５９６…第２の電圧比較器

Claims (4)

1. 電動モーターであって、
   歯車形状を有し、回転する軸を中心に半径方向に磁化された磁石を有する回転子と、
   前記回転子の半径方向外側に前記回転子と対向するように配置されたコアであって、前記回転子側に内歯車形状を有する複数の歯を有するコアと、
   前記コアに巻かれて半径方向に磁束を発生させる電磁コイルと、
   前記回転子の磁束を検出する磁気センサーと、
   前記磁気センサーの出力に応じて前記電磁コイルを駆動するための駆動信号を生成する制御部と、
   を備える、電動モーター。
2. 請求項１に記載の電動モーターにおいて、
   前記制御部は、前記磁気センサーの出力を用いて、前記電磁コイルを駆動するためのＰＷＭ駆動波形を生成する、電動モーター。
3. 請求項２に記載の電動モーターにおいて、
   前記電磁コイルに電気角２π分のＰＷＭ駆動波形が入力されたとき、前記歯車の４ピッチ分前記回転子を回転させる、電動モーター。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載の電動モーターにおいて、
   前記電動モーターが２相モーターである場合に、前記２相のうちの第１の相に対応する磁気センサーのみを備え、
   前記制御部は、前記第１の相に対応した前記磁気センサーの出力の大きさと、前記出力の変化率がプラスかマイナスかと、に基づいて、他相の磁気センサーがあれば出力したであろう出力を算出し、前記磁気センサーの出力及び前記算出した出力とを用いて、前記第１の相及び前記他相の電磁コイルを駆動するための駆動信号を生成する、電動モーター。

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