JP5151487B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

この発明は、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。

モータ業界では、１相モータと２相モータの両方を総称して「単相モータ」と称していた。しかし、以下の説明において、「単相モータ」とは、２相モータを除き、１相モータのみを意味している。

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。

従来から、ブラシレスモータを含む各種のモータ（電動機）の効率向上が望まれていた。しかし、長年にわたるモータの改良の結果、近年では、モータの効率向上のための新たな工夫を発見することは困難になってきている。

ブラシレスモータに関しては、さらに、以下のような問題点も存在していた。すなわち、従来のブラシレスモータでは、２相以上の駆動信号が利用されており、単相の駆動信号を使用するものは存在しなかった。この理由は、以下で説明する単相モータの始動特性に関係している。

単相モータは、永久磁石とコイルとが正対する位置において停止すると、始動できないという特性がある。この位置は、「デッド・ロック・ポイント」又は「デッド・ポイント」と呼ばれている。このため、通常の単相モータでは、始動を確実に行うために補助巻き線を設けておき、始動時にのみ補助巻き線に電流を流して始動させる始動方法が採用されている。また、ある種の単相モータでは、主巻き線と補助巻き線の位相をずらすために、コンデンサが使用されている。

一方、通常のブラシレスモータでは、いわゆるインバータ駆動が採用されている。しかし、インバータ駆動を利用して単相モータを始動させると、始動時に補助巻き線やコンデンサに大きな電流が流れるので、スイッチング素子やコンデンサが破損し易いという問題が生じる。このように、従来は、単相モータをブラシレスモータとして構成することが困難であるという問題があった。

本発明は、モータの効率を向上させる技術を提供することを第１の目的とする。また、本発明は、デッド・ロック・ポイントを有さず、補助巻き線無しで始動可能な単相ブラシレスモータを提供することを第２の目的とする。

上述の目的の少なくとも一部を達成するために、本発明の一形態によるブラシレスモータは、
Ｎ個（Ｎは１以上の整数）の電磁コイルをそれぞれ有するＭ相（Ｍは１以上の整数）のコイル群を備えた第１の駆動部材と、
複数の永久磁石を有し、前記第１の駆動部材に対して相対的に移動可能な第２の駆動部材と、
前記第１の駆動部材に設けられて前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出する磁気センサと、
前記磁気センサの出力信号を利用して、前記コイル列を駆動するための印加電圧を生成する駆動制御回路と、
を備え、
前記第１の駆動部材は、２（Ｍ×Ｎ）個の磁性体コアを有しており、
前記３相のうちの各相に割り当てられた２Ｎ個の磁性体コアを順に見たときに前記磁性体コアに交互に前記電磁コイルが巻かれているとともに、３相のすべての前記２（Ｍ×Ｎ）個の磁性体コアを順に見たときにも前記磁性体コアに交互に前記電磁コイルが巻かれていることを特徴とする。

このブラシレスモータによれば、３相のうちの各相に割り当てられた２Ｎ個の磁性体コアを順に見たときに磁性体コアに交互に電磁コイルが巻かれているので、電磁コイルの数を省略することができ、電磁コイルによる銅損を低減して効率を向上させることができる。また、電磁コイルが巻かれていない磁性体コアにも、電磁コイルが巻かれている磁性体コアで発生する磁束と逆方向の磁束がかなり大きな密度で発生するので、過度のモータの出力を低下させることが無い。更に、３相のすべての磁性体コアに関しても磁性体コアに交互に電磁コイルが巻かれているので、重量バランスが良い。

前記ブラシレスモータは、前記整数Ｎが２以上、前記整数Ｍが１に等しい単相ブラシレスモータであり、
前記第１の駆動部材は、停止位置規制用の磁性部材を備えており、
前記磁性部材は、前記ブラシレスモータの停止時において前記磁性部材が前記永久磁石に引きつけられることによって、各永久磁石の中心が各磁性体コアの中心からずれた位置で停止するように構成されていてもよい。

このブラシレスモータによれば、第１の駆動部材に設けられている磁性部材の構成が、ブラシレスモータの停止時において磁性部材が磁石列に引きつけられることによって、各永久磁石の中心が各磁性体コアの中心からずれた位置で停止するように工夫されているので、停止位置がデッド・ロック・ポイントにならない。従って、補助巻き線無しで始動することが可能である。

上記ブラシレスモータにおいて、
前記磁性部材は各電磁コイルに設けられており、
各磁性部材の少なくとも一部分は、前記ブラシレスモータの停止時において各電磁コイルと各永久磁石との間に配置されるようにしてもよい。

この構成によれば、磁性部材が各電磁コイルに設けられているので、コイル列全体の重量バランスを取りやすい。また、各磁性部材の少なくとも一部分が各電磁コイルと各永久磁石との間に配置されるので、比較的少ない量の磁性部材で望ましい停止位置を実現することが可能である。

また、上記ブラシレスモータにおいて、
各磁性部材は、前記磁性体コアと一体に構成されているようにしてもよい。

この構成によれば、ブラシレスモータの停止時において、磁性部材と磁性体コアの両方が永久磁石に引きつけられることによって、各永久磁石の中心が各磁性体コアの中心からずれた位置で停止するモータを実現できる。

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。

この構成によれば、磁気センサのアナログ的変化を利用して効率良くモータを駆動することができる。

また、上記ブラシレスモータにおいて、
前記駆動制御回路は、前記磁気センサの出力信号のアナログ的変化を利用したＰＷＭ制御を実行することによって前記駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路を含むようにしてもよい。

この構成によれば、コイル列の逆起電力波形に近い形状の駆動信号でモータを駆動できるので、モータ効率を向上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．モータ構成の他の実施例：
D．変形例：

A．モータの構成と動作の概要：
図１（Ａ），１（Ｂ）は、本発明の一実施例としての単相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は、略十字状に配列された４つの磁気ヨーク２０を有している。各磁気ヨーク２０は、磁性体材料で構成されており、コア部材２２と、モータの停止位置規制用の部材２１（「位置決め部材」とも呼ぶ）とを有している。磁気ヨーク２０の詳細な形状についてはさらに後述する。対向する２つの磁気ヨーク２０のコア部材２２の周りには、電磁コイル１２，１４が巻かれており、他の２つの磁気ヨーク２０には電磁コイルが巻かれていない。換言すれば、電磁コイルは、２個に１個の割合で磁気ヨーク２０に巻かれている。下方にある２つの磁気ヨーク２０の間の中央の位置には、磁気センサ４０が配置されている。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。コイル１２，１４と磁気センサ４０は、回路基板１２０（図１（Ｂ））の上に固定されている。回路基板１２０は、ケーシング１０２に固定されている。なお、ケーシング１０２の蓋は図示が省略されている。

ロータ部３０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。この回転軸１１２は、軸受け部１１４（図１（Ｂ））で支持されている。各磁石の磁化方向は、回転軸１１２から外側に放射状に向かう方向である。磁石３１〜３４の外周には、磁気ヨーク３６が設けられている。但し、この磁気ヨーク３６は省略してもよい。

図２は、実施例と比較例のステータ部における磁束密度の実験結果を示す説明図である。図２（Ａ）は、図１に示した実施例のステータ部１０を示しており、図２（Ｂ）は、比較例のステータ部１０ａを示している。比較例のステータ部１０ａでは、４つの磁気ヨーク２０のコア部材２２の周りに電磁コイル１１〜１４がそれぞれ巻かれている。この実施例と比較例のそれぞれに関して、４つの磁気ヨーク２０の外周の位置ＰＡ〜ＰＤにおいて磁束密度を測定した。図２（Ａ），（Ｂ）の下部に示したように、電磁コイルが巻かれていない磁気ヨークで測定された磁束密度は、電磁コイルが巻かれた磁気ヨークで測定された磁束密度の約２／３であった。従って、磁気ヨーク（すなわち磁性体コア）に対して２個に１個の割合で電磁コイルを巻き、残りの磁気ヨークに電磁コイルを巻かないようにしても、後者の磁気ヨークにおいてかなり大きな磁束密度を得ることが確認された。これは、図２（Ｃ）に矢印で示すように、４つの磁気ヨーク２０によって磁気回路が構成されるためであると推定される。

ところで、電磁コイルは駆動力を発生するために必須であるが、一方で、銅損の発生原因や、重量増、コスト増の原因ともなる。そこで、本実施例では、一部のコア部材に電磁コイルを巻かないことによって、銅損等のマイナス要因を軽減し、これによってモータの効率向上を図っている。

図３は、磁石列とコイル列の位置関係、及び、磁気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）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、磁気ヨーク２０（コア部材２２及び位置決め部材２１）は、一定のピッチＰｃで配置されている。図２（Ｂ）に比較例として示したように、すべてのコア部材にコイルが巻かれる場合には、隣接するコイル同士が逆向きに（すなわち位相差πで）励磁される。但し、本実施例では、２個に１個の割合でコイル部材にコイル１２，１４が巻かれているので、これらの２つのコイル１２，１４は同じ向きに（すなわち同位相で）励磁される。本実施例では、磁極ピッチＰｍはコア部材２２のピッチ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。

上述したように、２つのコイル１２，１４は同一の位相の駆動信号で駆動される。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。但し、モータの駆動方法において、位相が１８０度（＝π）ずれた２つの駆動信号で駆動されるコイルは、同じ位相に属すると見なされる場合が多い。従って、１種類の駆動信号のみですべてのコイルが駆動されるモータと、位相差がπである２種類の駆動信号ですべてのコイルが駆動されるモータは、いずれも単相モータとして考えることが可能である。この意味では、図２（Ｂ）に示した比較例も、単相ブラシレスモータ用のステータとして使用できる。

図３（Ａ）は、モータ停止時における磁石３１〜３４とコイル１２，１４の位置関係を示している。本実施例のモータでは、各磁気ヨーク２０の位置決め部材２１が、各コイルの中心（コア部材２２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。モータ停止時には、各磁気ヨーク２０が磁石３１〜３４によって引きつけられ、位置決め部材２１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、各コイル１２，１４の中心が、磁石（図３（Ａ）の例では磁石３２，３４）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は例えば、ゼロでは無い任意の値に設定することが可能である。例えば、位相αをゼロに近い小さな値（例えば約５度〜１０度）とすることが可能であり、また、９０度に近い値とすることも可能である。

図３（Ｂ）は、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。磁気センサ４０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を発生することができる。但し、磁気センサ４０の出力ＳＳＡは、モータの停止時にも０でない値を示す（位相がπの整数倍のときは除く）。なお、コイルの逆起電力は、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。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を利用して、逆起電力Ｅｃとほぼ相似波形の電圧を各コイル１２，１４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。

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。

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とコイル１２，１４の位置関係を示しており、図３（Ａ）と同じ図である。図５（Ａ）の状態においてコイル１２，１４を励磁すると、破線の矢印で示す反発力がコイル１２，１４（又は磁気ヨーク２０）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。なお、磁気ヨーク２０から磁石に向かう反発力は、図２で説明した各磁気ヨークにおける磁束密度によって生じるものである。なお、磁気ヨーク２０と磁石３１〜３４との間には、磁石の磁力による吸引力が発生しているが、図５では図示を省略している。

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）と逆方向にコイル１２，１４を励磁すると、磁石３１〜３４とコイル１２，１４（又は磁気ヨーク２０）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、後述する駆動制御回路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回路に入力されている。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。なお、停止時の位相αが９０度に近い値に設定されている場合には、始動時に正転させることなく逆転することも可能である。特に、α＝π／２の位置でモータが停止するように磁気ヨークを構成すれば、逆起電力のピーク位置でモータが停止するので、強い力で正転及び逆転の両方にモータを始動させることが可能である。

図８は、磁気ヨーク２０の各種の具体的な構造例を示す説明図である。これらの図において、斜線を付した部分が磁気ヨークを構成する磁性部材である。なお、磁気ヨーク２０は強磁性体で形成されることが好ましい。図８（Ａ）に示す第１の磁気ヨーク２０ａは、コイル１２と磁石３１〜３４との間に配置された板状部材２１と、磁束密度を高めるためのコア部材２２とを有している。板状部材２１は、左右が不均衡な形状に形成されており、モータの停止位置を規制する位置決め部材として機能するものである。すなわち、位置決め部材２１を有する磁気ヨーク２０ａが磁石に吸引されると、コイルの中心が磁石の中心からずれた位置でモータを停止させることができる。図８（Ｂ）に示す第２の磁気ヨーク２０ｂは、コア部材２２の両側に設けられた板状部材２１ｂ、２３ｂを有している。磁石側にある第１の板状部材２１ｂは左右が均等であるが、逆側にある第２の板状部材２３ｂは、その中央から若干左側にずれた位置に凹部が設けられており、これによって左右不均衡な形状となっている。この例では、第２の板状部材２３ｂが位置決め部材として機能する。図８（Ｃ）に示す第３の磁気ヨーク２０ｃも、コア部材２２の両側に設けられた板状部材２１ｃ、２３ｃを有している。この例では、磁石側にある第１の板状部材２１ｃは左右が不均衡な凸状形状を有しており、逆側にある第２の板状部材２３ｂは左右が均等な形状を有している。従って、この例では第１の板状部材２１ｃが位置決め部材として機能する。図８（Ｄ）に示す第４の磁気ヨーク２０ｄは、図７（Ｄ）に示した磁気ヨークから、コア部材２２ｄを左右が不均衡な構造に変更したものである。この例では、コア部材２２ｄと第１の板状部材２１ｃが位置決め部材として機能する。

なお、図８（Ｂ），（Ｄ）に示した磁気ヨーク２０ｂ，２０ｄでは、板状部材２１ｂ，２１ｃ（コイルと磁石との間に位置する部分）以外の部分がモータの動作方向（左右方向）に関して不均衡な形状となっているので、これらの磁気ヨーク２０ｂ，２０ｄでは板状部材２１ｂ，２１ｃを省略してもよい。但し、コイルと磁石との間に位置する部分２１ｂ，２１ｃを設けるようにすれば、比較的少ない量の磁性部材で望ましい停止位置を実現することができる。

このように、各コイルに設けられる磁気ヨークとしては、モータ停止時に、磁気ヨークが磁石列に引きつけられることによって、各永久磁石の中心が各電磁コイルの中心（すなわち、コア部材の中心）からずれた位置で停止するような各種の形状に構成することが可能である。

B．駆動制御回路の構成：
図９（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、駆動信号生成部２４０と、ドライバ回路２５０とを備えている。駆動信号生成部２４０は、モータ本体１００内の磁気センサ４０の出力信号ＳＳＡに基づいて、単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。ドライバ回路２５０は、この単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に従ってモータ本体１００内の電磁コイル１２，１４を駆動する。

図９（Ｂ）は、磁気センサ４０の内部構成の一例を示している。この磁気センサ４０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４０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４０のゲイン値ａとバイアス値ｂは、ＣＰＵ２２０によって磁気センサ４０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。

図１０は、ドライバ回路２５０の内部構成を示している。このドライバ回路２５０は、Ｈ型ブリッジ回路であり、交流単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じてコイル１２，１４を駆動する。符号ＩＡ１，ＩＡ２が付された矢印は、単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２によって流れる電流方向をそれぞれ示している。

図１１は、電磁コイル１２，１４の各種の巻き方を示している。この例では、２つのコイル１２，１４が常に同じ方向に励磁されるように巻かれている。

図１２は、駆動信号生成部２４０（図９（Ａ））の内部構成と動作を示す説明図である。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、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。

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、交流単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２（図９（Ａ））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４０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〜−１２７）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１２（Ｂ）〜１２（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１２（Ｂ）〜１２（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、単相駆動信号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１２（Ｂ）〜１２（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１３（Ａ）〜１３（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１２で説明したように、単相駆動信号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、これらの単相駆動信号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１３（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１３（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、逆起電力波形のピークを中心とし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。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９（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１４は、ＰＷＭ部５３０（図１２）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１５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１５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１５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１６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１５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１７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１７（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１７（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。

図１８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。

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。

図１９（Ａ），（Ｂ）は、従来の２相モータと、実施例の単相モータの結線状態と動作を比較して示す説明図である。図１９（Ａ）に示すように、従来の２相モータでは、Ａ相コイルＣＬａとＢ相コイルＣＬｂのうちのいずれか一方のみが駆動されており、これらのコイルＣＬａ，ＣＬｂが同時に駆動されることは無い。一方、本実施例の単相モータでは、図１９（Ｂ）に示すように、２つのＡ相のコイルＣＬａが同時に駆動されている。この結果、従来の２相モータよりも効率の良いモータを実現することが可能である。また、実施例の単相モータでは、ＰＷＭ制御を利用して、モータ内のコイルに発生する逆起電力と相似な実効電圧を有する駆動信号を生成し、この駆動信号によってコイルを駆動するので、さらに効率が向上する。なお、モータ内のコイルに発生する逆起電力と相似な実効電圧を有する駆動信号を用いると、モータの騒音や信号が大幅に低減されるという利点もある。

図２０は、従来の２相モータと、実施例の単相モータの特性を比較したものである。これらの測定では、２相モータと１相モータとで同じ負荷（ファン羽根）を用いた。２相モータでは、図１９に示したような矩形波駆動で測定を行った。１相モータでは、矩形波駆動と、正弦波駆動の両方で測定を行った。

図２０の表から、以下のことが理解できる。
（１）単相モータの効果：
矩形波駆動の場合を比較すると、実施例の単相モータの消費電力は、従来の２相モータの消費電力から約３８％（回転数１８００ｒｐｍ）〜約１７％（回転数４０００ｒｐｍ）改善された。
（２）正弦波駆動での効果：
実施例の単相モータの正弦波駆動時の消費電力は、矩形波駆動時の消費電力よりも約１７％（回転数１８００ｒｐｍ）〜約２８％（回転数４０００ｒｐｍ）改善された。
（３）総合的効果：
正弦波駆動の実施例の単相モータの消費電力は、矩形波駆動の従来の２相モータの消費電力から約４９％（回転数１８００）〜約４０％（回転数４０００ｒｐｍ）改善された。

なお、従来用いている２相ファンモータは、世界の主力ファンモータの駆動原理として多くの電子機器に用いられているが、本実施例の単相モータでは、この電力エネルギーを約４０％〜約５０％改善できる。従って、本発明の実施例のモータは、世界規模でも有効な技術であり、地球環境問題にも充分に対応し優れた技術であることが理解できる。

C．モータ構成の他の実施例：
図２１，図２２は、モータ本体の他の構成例を示す断面図である。なお、これらの図において、図１のモータ本体１００の部材と対応する部材には同じ符号を付している。

図２１のモータ本体１００ｃは、図１に示したモータ本体１００の磁気ヨークと磁石をそれぞれ６個に増やすとともに、電磁コイルを３個に増やしたものであり、他の構成は図１とほぼ同じである。電磁コイル１２は、６個の磁気ヨーク２０に対して２個に１個の割合で巻かれている。図２１のモータ本体１００ｃでは、電気角の２πでロータ部３０が１２０度回転する。なお、永久磁石の極数は、任意に選択可能である。例えば、図２１に示した６極１相モータと同様に、８極１相モータを構成することが可能である。

なお、図６で説明した逆転駆動時には、最初に所定量（図６の場合には電気角で約π／２）だけ正転した後に逆転するので、この最初の正転時のロータ部３０の回転角度はなるべく小さい方が好ましい。この意味では、図１の４極モータよりも、図２１の６極モータの方が好ましい。

図２２は、本発明の他の実施例としてのリニアモータの構成を示している。このリニアモータ１０００は、固定ガイド部１１００と、移動部１２００とを備えている。固定ガイド部１１００には、図２２（Ａ）に示すように、移動方向に沿って多数の永久磁石１１１０が配列されている。移動部１２００は、固定ガイド部１１００を上下方向に挟むように構成されており、複数の電磁コイル１２１０が磁石列の上と下にそれぞれ対向して設けられている。電磁コイル１２１０は、複数の磁気ヨーク１２２０に対して２個に１個の割合で巻かれている。また、磁気ヨーク１２２０の間には、磁気センサ４０が設けられている。図２２（Ｂ）に示すように、移動部１２００には駆動制御部１２５０が設けられている。駆動制御部１２５０は、燃料電池などの自立的な電源装置（図示省略）を有している。固定ガイド部１１００は、移動部１２００を導くためのレール１１２０が設けられている。移動部１２００は、ベアリング部１１４０によってレール１１２０に摺動可能に保持されている。本発明の実施例は、このようなリニアモータとしても実現可能である。

ところで、図２２の例では、電磁コイルが設けられている第１の部材が移動し、永久磁石が設けられている第２の部材が固定されている。この関係は、図１、図２１に示したモータの構成と逆である。すなわち、図１に示したモータでは、電磁コイルが設けられている第１の部材（ステータ部１０）が固定されており、永久磁石が設けられている第２の部材（ロータ部３０）が移動する。これらの例から理解できるように、本発明の実施例によるモータは、電磁コイルが設けられている第１の部材（「第１の駆動部材」とも呼ぶ）と、永久磁石が設けられている第２の部材（「第２の駆動部材」とも呼ぶ）とを備え、両者が相対的に移動できるように構成された種々のモータとして実現可能である。

なお、上述した図２１，図２２に示した各種の単相ブラシレスモータにおいても、停止時に永久磁石と電磁コイルの中心（すなわちコア部材の中心）が若干ずれて停止するように構成された磁気ヨーク（磁性体部材）が設けられている。従って、デッド・ロック・ポイントが発生しないので、始動コイルを設けること無く単相ブラシレスモータを始動させることが可能である。また、モータを逆方向に動作させしたい場合には、停止状態から最初に所定量だけ正方向に駆動したのちに駆動信号の極性を切り替えることによって、確実に逆方向に動作させることができる。

図２３（Ａ）は、本発明の他の実施例における３相ブラシレスモータの概略構成を示す説明図である。ロータ部３０には、複数の磁石が配列されている。ステータ部１０には、コア部材２２ｅと板状部材２１ｅとを含む磁気ヨーク２０ｅが多数設けられている。３個の磁気ヨーク２０ｅで構成される１組の磁気ヨーク群２０ｆは、磁極ピッチＰｍ（Ｎ極とＳ極の間隔）に相当する距離に渡って配置されている。換言すれば、磁気ヨーク群２０ｆ同士のピッチは、磁極ピッチＰｍに等しい。左端にある３つの磁気ヨーク２０ｅには、Ａ相コイル１１と、Ｂ相コイル１２と、Ｃ相コイル１３とがこの順に巻かれている。その次の３つの磁気ヨーク２０ｅにはコイルは巻かれておらず、さらにその次の３つの磁気ヨーク２０ｅにはコイル１１〜１３が巻かれている。このように、この３相モータでは、磁気ヨーク２０ｅ（正確にはコア部材２２ｅ）に対して２個に１個の割合でのみ電磁コイルを巻かれている。このような構成でも、図１に示した単相モータと同様に十分高い効率を達成することが可能である。図２３（Ｂ）は、Ｂ相コイル１２の位置を、図２３（Ａ）から移動させたものである。この例では、Ａ，Ｂ，Ｃの各相に割り当てられた磁気ヨークに関して２個に１個の割合で規則的に選択された磁気ヨークにコイルが巻かれているだけでなく、すべての磁気ヨークに関しても２個に１個の割合で規則的に選択された磁気ヨークにコイルが巻かれている。図２３（Ｂ）の構成では、図２３（Ａ）の構成よりもさらに重量バランスが良いという利点がある。

なお、図２３の例において、磁気ヨーク２０ｅは、左右が均等な形状を有しているので、モータの停止位置においてコア部材２２ｅが磁石に正対するように構成されている。この理由は、このモータは３相モータなので、デッド・ロック・ポイントが発生する可能性が無いからである。従って、板状部材２１ｅを省略可能であり、磁気ヨーク２０ｅはコア部材２２ｅのみを有していればよい。

上述の各種の実施例から理解できるように、２個に１個の割合で規則的に選択されたコア部材にのみ電磁コイルを巻くという構成は、単相モータに限らず、任意の相数Ｍ（Ｍは１以上の整数）のモータに適用可能である。また、各相の電磁コイルは、任意の数Ｎ（Ｎは１以上の整数）だけ設けられていればよい。但し、Ｎとしては２以上が好ましい。また、一般に、各相の電磁コイルは、２（Ｍ×Ｎ）個のコア部材（「磁性体コア」とも呼ぶ）の配列の中から２Ｍ個に１個の割合で規則的に選択されたコア部材に巻かれていることが好ましい。こうすれば、重量バランスを取りつつ、コイルが巻かれていないコア部材にもかなり大きな磁束を発生させることが可能である。

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。

なお、アナログ的変化を示す出力信号を有するセンサの代わりに、２値のデジタル出力を有するデジタル磁気センサを使用するようにしてもよい。この場合には、図１２のＡＤＣ部５７０と励磁区間設定部５９０が不要となる。従って、励磁区間の設定は行なわれず、また、正弦波駆動波形を用いないため、効率が低下し振動／騒音も生じてしまうが、安価なＩＣで駆動制御回路を実現することができる。

D２．変形例２：
ＰＷＭ回路としては、図１２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。

また、図１２において、ＡＤＣ部５７０を電圧比較器（コンパレータ）に変えることも可能である。この場合には、正弦波駆動波形では無く、矩形波駆動となるため、効率が低下し振動／騒音も生じてしまうが、安価なＩＣで駆動制御回路を実現することができる。

D３．変形例３：
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。また、本発明は、発電機にも適用可能である。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２４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２５（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２５（Ａ）は携帯電話７００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２５（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２６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２７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。

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。 実施例と比較例のステータ部における磁束密度の実験結果を示す説明図である。 磁石列とコイル列の位置関係、及び、磁気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。 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。 モータの正転動作の様子を示す説明図である。 モータ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。 磁気ヨーク２０の各種の具体的な構造例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。 コイルの各種の巻き方を示す説明図である。 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。 実施例の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す説明図である。 従来の２相モータと、実施例の単相モータの結線状態と動作を比較して示す説明図である。 従来のモータと実施例のモータの特性を比較して示す説明図である。 モータ本体の他の構成を示す断面図である。 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における３相ブラシレスモータの概略構成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
２１…板状部材（位置決め部材）
２２…コア部材（磁性体コア）
３０…ロータ部
３１〜３４…永久磁石
３６…磁気ヨーク
４０…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
１０２…ケーシング
１１２…回転軸
１１４…軸受け部
１２０…回路基板
２００…駆動制御回路
２２０…ＣＰＵ
２４０…駆動信号生成部
２５０…ドライバ回路
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…乗算器
５６０…符号化部
５７０…ＡＤ変換部
５８０…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…プロジェクタ
６１０Ｒ，６１０Ｇ，６１０Ｂ…光源
６４０Ｒ，６４０Ｇ，６４０Ｂ…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
７１０…ＭＰＵ
７２０…ファン
７３０…燃料電池
８００…電動自転車（電動アシスト自転車）
８１０…モータ
８２０…制御回路
８３０…充電池
９００…ロボット
９１０…アーム
９２０…アーム
９３０…モータ
１０００…リニアモータ
１１００…固定ガイド部
１１１０…永久磁石
１１２０…レール
１１４０…ベアリング部
１２００…移動部
１２１０…電磁コイル
１２２０…磁気ヨーク
１２５０…駆動制御部

Claims (5)

1. ブラシレスモータであって、
   Ｎ個（Ｎは２以上の整数）の電磁コイルをそれぞれ有するＭ相（Ｍは３）のコイル群を備えた第１の駆動部材と、
   複数の永久磁石を有し、前記第１の駆動部材に対して相対的に移動可能な第２の駆動部材と、
   前記第１の駆動部材に設けられて前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出する磁気センサと、
   前記磁気センサの出力信号を利用して、前記コイル列を駆動するための印加電圧を生成する駆動制御回路と、
   を備え、
   前記第１の駆動部材は、２（Ｍ×Ｎ）個の磁性体コアを有しており、
   前記３相のうちの各相に割り当てられた２Ｎ個の磁性体コアを順に見たときに前記磁性体コアに交互に前記電磁コイルが巻かれているとともに、３相のすべての前記２（Ｍ×Ｎ）個の磁性体コアを順に見たときにも前記磁性体コアに交互に前記電磁コイルが巻かれていることを特徴と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。
3. 請求項２記載のブラシレスモータであって、
   前記駆動制御回路は、前記磁気センサの出力信号のアナログ的変化を利用したＰＷＭ制御を実行することによって前記駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路を含む、ブラシレスモータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシレスモータと、
   前記ブラシレスモータによって駆動される被駆動部材と、
   を備える装置。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のブラシレスモータを備える移動体。

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