JP5369410B2

JP5369410B2 - 電動機の駆動回路及びこれを備えた機器

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Publication number: JP5369410B2
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Inventors: 啓佐敏竹内
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Filing date: 2007-09-05
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Description

本発明は、電動機を駆動するための回路に関するものである。

従来、電動機を駆動するための回路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ＷＯ２００５／１１２２３０Ａ１

この従来技術では、永久磁石と電磁コイルとの位置関係を検出するために、アナログ出力のホール素子を用いている。そして、ホール素子からのアナログ信号に基づいてＰＷＭ制御を行うことにより、ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を生成している。しかし、この従来技術では、永久磁石と電磁コイルとの位置関係を２値のデジタル信号として出力するホールＩＣを用いた場合には、駆動信号を生成するためのＰＷＭ制御を行うことができな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、位置センサからの２値の信号に基づいて、電動機を駆動するための駆動信号をＰＷＭ制御で生成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。
［形態１］
電動機を駆動するための回路であって、電磁コイルと永久磁石との相対位置を示す２値の位置信号のハイレベル期間およびローレベル期間をそれぞれ所定の数の区間に区分けする分割信号を生成する分割信号生成部と；前記分割信号によって区分けされたそれぞれの区間ごとに、ＰＷＭ制御のためのパルス幅を設定するパルス幅設定部と；前記設定されたパルス幅に基づいてＰＷＭ制御を行うことにより前記電動機を駆動するための駆動信号としてのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と；前記位置信号に基づいて、前記電磁コイルと前記永久磁石との相対速度を示す速度信号を生成する速度信号生成部と；を備え、前記分割信号生成部は、前記位置信号に基づいて前記分割信号を生成するためのＰＬＬ回路を含み；前記パルス幅設定部は、前記速度信号に応じて、前記区分けされたそれぞれの区間ごとのパルス幅を設定するとともに、前記速度信号が第１の閾値を超えない場合は、前記区分けされたすべての区間において前記パルス幅を所定の最大値に設定する、回路。

[適用例１]
電動機を駆動するための回路であって、
電磁コイルと永久磁石との相対位置を示す２値の位置信号のハイレベル期間およびローレベル期間をそれぞれ所定の数の区間に区分けする分割信号を生成する分割信号生成部と、
前記分割信号によって区分けされたそれぞれの区間ごとに、ＰＷＭ制御のためのパルス幅を設定するパルス幅設定部と、
前記設定されたパルス幅に基づいてＰＷＭ制御を行うことにより前記電動機を駆動するための駆動信号としてのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
を備える、回路。

適用例１の回路によれば、位置信号を分割信号によって区分けし、区分けされた区間ごとにＰＷＭ制御のためのパルス幅を設定するので、位置センサからの２値の信号に基づいて、電動機を駆動するための駆動信号をＰＷＭ制御で生成することができる。

[適用例２]
適用例１記載の回路であって、さらに、
前記位置信号に基づいて、前記電磁コイルと前記永久磁石との相対速度を示す速度信号を生成する速度信号生成部を備え、
前記パルス幅設定部は、前記速度信号に応じて、前記区分けされたそれぞれの区間ごとのパルス幅を設定する、回路。

適用例２の回路によれば、電動機の速度に応じた適切なパルス幅を有する駆動信号を生成することができる。

[適用例３]
適用例２記載の回路であって、
前記パルス幅設定部は、前記速度信号が第１の閾値を超えない場合は、前記区分けされたすべての区間において前記パルス幅を所定の最大値に設定する、回路。

適用例３の回路によれば、たとえば、モータの始動時から低速時において大きな駆動力を得ることができる。

[適用例４]
適用例２または３記載の回路であって、
前記パルス幅設定部は、前記速度信号が前記第１の閾値から前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値までの範囲内に含まれる場合は、前記位置信号のハイレベル期間またはローレベル期間の中心近傍に相当する前記区間において前記パルス幅が最も大きな値を示し、前記中心近傍から時間的に離れた前記区間の前記パルス幅ほど小さい値を示すように、前記パルス幅を設定する、回路。

適用例４の回路によれば、逆起電力波形を模擬したＰＷＭ信号を生成することができるので、効率よくモータを駆動させることができる。

[適用例５]
適用例２ないし４のいずれかに記載の回路であって、
前記パルス幅設定部は、前記速度信号が前記第２の閾値を超えている場合は、前記パルス幅が最大となる区間が前記位置信号のハイレベル期間またはローレベル期間の中心近傍よりも時間的に早い区間に現れるように、前記パルス幅を設定する、回路。

適用例５の電動機の回路によれば、モータの高速回転時において進角制御を行うことができるので、効率よくモータを駆動させることができる。

[適用例６]
適用例２ないし５のいずれかに記載の回路であって、
前記回路は、さらに、
前記区分けされた複数の区間のうちの一部の区間を、前記ＰＷＭ信号を前記駆動信号として無効とする非励磁区間として設定し、その他の前記区間を、前記ＰＷＭ信号を前記駆動信号として有効とする励磁区間として設定する励磁区間設定部を備える、回路。

適用例６の回路によれば、位置センサからの２値の信号に基づいて、励磁区間と非励磁区間とを設定することができる。

[適用例７]
適用例６記載の回路であって、
前記励磁区間設定部は、前記速度信号に応じて、前記励磁区間と非励磁区間とを設定する、回路。

適用例７の回路によれば、電動機の速度に応じて適切に励磁区間と非励磁区間とを設定することができる。

［適用例８］
適用例１ないし７のいずれかに記載の回路を備える電動機。

［適用例９］
適用例８記載の電動機を備える電子機器。

［適用例１０］
適用例９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、電子機器。

［適用例１１］
適用例８記載の電動機を備える燃料電池使用機器。

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、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、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：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．第４実施例：
Ｅ．変形例：

Ａ．第１実施例
Ａ１．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つのコイル１１〜１４と、２つのコイル１１，１２の間の中央の位置に配置された磁気センサ４０とを有している。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。各コイル１１〜１４には、磁性体材料で形成された磁気ヨーク２０が設けられている。コイル１１〜１４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、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２（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、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つのコイル１１〜１４のうち、第１、第３のコイル１１，１３は同一の位相の駆動信号で駆動され、第２、第４のコイル１２，１４は第１及び第３のコイル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２（Ａ）は、モータ停止時における磁石３１〜３４とコイル１１〜１４の位置関係を示している。本実施例のモータでは、各コイル１１〜１４に設けられた磁気ヨーク２０が、各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２（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２（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波形と同期した矩形波形のセンサ出力ＳＳＤを発生することができる。但し、磁気センサ４０の出力ＳＳＤは、モータの停止時にも０でない値を示す（位相がπから２πまでのときは除く）。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（デジタル出力）を採用することができる。この例では、センサ出力ＳＳＤは矩形波であり、逆起電力Ｅｃは、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ＳＳＤ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３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４（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４（Ａ）は、停止時の磁石３１〜３４とコイル１１〜１４の位置関係を示しており、図２（Ａ）と同じ図である。図４（Ａ）の状態においてコイル１１〜１４を励磁すると、破線の矢印で示す反発力がコイル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４（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４（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４（Ｄ）の状態となる。図４（Ｄ）の状態の近傍でモータが停止すると、図４（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５（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５（Ａ）は、停止時の状態を示しており、図４（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４（Ａ）と逆方向にコイル１１〜１４を励磁すると、磁石３１〜３４とコイル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。

本実施例では、逆転動作を行う場合にも、始動時は図５（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５（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５（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５（Ｄ）は位相が−π／２の状態を示しており、図５（Ｅ）は位相が−π＋αの状態を示している。図５（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６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。

Ａ２．駆動制御回路の構成：
図７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ＳＳＤ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１１〜１４を駆動する。

図８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３１１，３１３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９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８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３１１，３１３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９（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８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８のドライバ回路と図９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１０は、電磁コイル１１〜１４の各種の巻き方を示している。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１１は、駆動信号生成部２４０（図７）の内部構成を示す説明図である。駆動信号生成部２４０は、制御信号生成部３００と、アドレス形成部３３０と、パルス幅設定部３４０と、ＰＷＭ信号生成部３５０と、励磁区間制限部３６０と、励磁区間信号生成部３７０とを備えている。制御信号生成部３００と、パルス幅設定部３４０と、励磁区間信号生成部３７０は、バス４００によってＣＰＵ２２０に接続されている。制御信号生成部３００は、磁気センサ４０からの出力信号ＳＳＤを入力とし、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄと、正逆方向指令値信号ＲＩと、アドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔと、速度信号ＲＲｆｌａｇとを出力する。また、制御信号生成部３００は、入力されたセンサ信号ＳＳＤもそのまま出力する。アドレス形成部３３０は、アドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄとを入力とし、アドレス値ＡＤＤを出力する。パルス幅設定部３４０は、アドレス値ＡＤＤに応じてパルス幅ＷＤを設定する。ＰＷＭ信号生成部３５０は、センサ信号ＳＳＤと、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄと、正逆方向指令値信号ＲＩと、パルス幅ＷＤとを入力とし、第１と第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を出力する。励磁区間制限部３６０は、第１と第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２と、励磁区間信号生成部３７０によって生成された励磁区間信号Ｅｎｂとに基づいて第１と第２の駆動信号ＤＲＶＡ１，２を生成する。励磁区間信号生成部３７０は、速度信号ＲＲｆｌａｇと、アドレス値ＡＤＤとに基づいて、励磁区間信号Ｅｎｂを生成する。これらの動作については、以下に詳述する。

図１２（Ａ）は、制御信号生成部３００の内部構成を示すブロック図である。図１２（Ｂ）は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。制御信号生成部３００は、基準クロック信号生成部３０２と、速度信号生成部３０４と、エッジ検出部３０６と、ＰＬＬ回路３０７と、第２分周器３１６と、分周値記憶部３１８と、正逆方向指令値記憶部３２０とを備えている。基準クロック信号生成部３０２は、一定の周波数を有する基準クロック信号ＣＬＫｏｒｇを生成する。この基準クロック信号ＣＬＫｏｒｇは、速度信号生成部３０４に供給される。センサ信号ＳＳＤは、エッジ検出部３０６と、ＰＬＬ回路３０７とに供給される。エッジ検出部３０６は、センサ信号ＳＳＤの立ち上がりエッジおよび立ち下りエッジを検出するとともに、それぞれのエッジに応じてパルスを発生するアドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔを生成する。このアドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔは、速度信号生成部３０４と、アドレス形成部３３０（図１１）とに供給される。速度信号生成部３０４は、アドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔの２つのパルス間において基準クロック信号ＣＬＫｏｒｇのパルス数をカウントすることにより、モータの回転速度を示す速度信号ＲＲｆｌａｇを生成する。すなわち、アドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔの２つのパルス間においてカウントされる基準クロック信号ＣＬＫｏｒｇのパルス数が多いほど、モータの回転速度は小さく、逆に、カウントされる基準クロック信号ＣＬＫｏｒｇのパルス数が少ないほど、モータの回転速度は大きい。本実施例では、速度信号生成部３０４は、カウントされる基準クロック信号ＣＬＫｏｒｇのパルス数に応じて、速度信号ＲＲｆｌａｇが０から３の４段階の速度を示すように、カウントされるパルス数の閾値を設定している。速度信号ＲＲｆｌａｇは、ＲＲｆｌａｇ＝０からＲＲＦｌａｇ＝３になるにしたがって、より大きな速度を示す。

ＰＬＬ回路３０７は、位相比較器３０８と、ループフィルタ（ＬＰＦ）３１０と、電圧制御発振器（ＶＣＯ）３１２と、第１分周器３１４とを備えている。第１分周器３１４は、分周値記憶部３１８に記憶されている分周値（２×Ｍ×Ｎ）を用いて、入力されるＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍを分周する。センサ信号ＳＳＤは、位相比較器３０８に入力される。一方、第１分周器３１４によって生成される分周信号ＤＶＳＳＤは、位相比較器３０８に比較信号として入力される。位相比較器３０８は、これら２つの信号ＳＳＤ，ＤＶＳＳＤの位相差を示す誤差信号ＣＰＳを生成する。この誤差信号ＣＰＳは、チャージポンプ回路を内蔵するループフィルタ３１０に送られる。ループフィルタ３１０は、誤差信号ＣＰＳのパルスレベルとパルス数とに応じた電圧レベルを有する電圧制御信号ＬＰＳを生成して出力する。

電圧制御信号ＬＰＳは、電圧制御発振器３１２に供給される。電圧制御発振器３１２は、電圧制御信号ＬＰＳの電圧レベルに応じた周波数を有するＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍを出力する。このＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍは、第１分周器３１４で１／（２×Ｍ×Ｎ）に分周されて、分周信号ＤＶＳＳＤが生成される。この分周信号ＤＶＳＳＤは、前述したように、位相比較器３０８に送られてセンサ信号ＳＳＤと位相比較される。この結果、２つの信号ＳＳＤ，ＤＶＳＳＤの位相差が０になるように、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数が収束する。したがって、収束後のＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数fCLKpwmと、センサ信号ＳＳＤの周波数fSDDとの関係は、以下の（１）式となる。
fCLKpwm＝fSSD×（２×Ｍ×Ｎ） …（１）

ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍは、第２分周器３１６と、ＰＷＭ信号生成部３５０（図１１）とに供給される。第２分周器３１６は、分周値記憶部３１８に記憶されている分周値Ｎを用いて、入力されるＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍを分周し、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄを生成する。したがって、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの周波数fCLKaddと、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数fCLKpwmとの関係は、以下の（２）式となる。
fCLKadd＝fCLKpwm／Ｎ …（２）

以上の（１），（２）式より、センサ信号ＳＳＤの周波数fSSDと、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの周波数fCLKaddと、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍの周波数fCLKpwmとの関係は、以下の（３），（４）式となる。
fCLKadd＝fSSD×２×Ｍ …（３）
fCLKpwm＝fCLKadd×Ｎ …（４）
図１２（Ｂ）にも示されているように、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄは、センサ信号ＳＳＤのハイレベル期間とローレベル期間のそれぞれにおいてＭ個のパルスを発生する信号である。また、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍは、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの一周期の間にＮ個のパルスを発生する信号である。

なお、分周値Ｍ，Ｎは、ＣＰＵ２２０によって任意の値に書き換えることが可能である。正逆方向指令値記憶部３２０は、ＣＰＵ２２０から指定されたモータの回転方向を指示する正逆方向指令値信号ＲＩを記憶している。正逆方向指令値信号ＲＩは、モータを正転させたい場合にはローレベルを示し、モータを逆転させたい場合にはハイレベルを示す信号である。

図１３（Ａ）は、アドレス形成部３３０の内部構成を示すブロック図である。図１３（Ｂ）は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。以下の例では、各種の信号は、分周値Ｍ＝１４，Ｎ＝１６として描かれている。アドレス形成部３３０は、アドレスカウンタ部３３２と、アドレスラッチ３３４とを備えている。アドレスカウンタ部３３２は、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄのパルス数をカウントするとともに、アドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔの立ち上がりエッジに応じてカウンタを０にリセットする。アドレスラッチ３３４は、アドレスカウンタ部３３２によってカウントされた数値を記憶し、アドレス値ＡＤＤとして出力する。図１３（Ｂ）に示すように、アドレス値ＡＤＤとしては、０〜１３の値が繰り返し発生する。

図１４（Ａ）は、パルス幅設定部３４０の内部構成を示すブロック図である。図１４（Ｂ）は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。なお、図１４（Ｂ）に記載されている信号Ｓ１は、後述するダウンカウンタ部３５２（図１５）によって生成される信号であり、パルス幅ＷＤに応じたパルスを有する信号である。パルス幅設定部３４０は、テーブル選択部３４２と、３つのテーブル部３４４，３４６，３４８とを備えている。テーブル選択部３４２は、速度信号ＲＲｆｌａｇの値に応じて、３つのテーブル部３４４，３４６，３４８のうちから１つのテーブル部を選択する。例えば、ＲＲｆｌａｇ＝１の場合は、テーブル部３４６が選択される。３つのテーブル部３４４，３４６，３４８には、アドレス値ＡＤＤに応じて出力されるパルス幅ＷＤが格納されており、選択されたテーブル部は、入力されるアドレス値ＡＤＤに応じて、パルス幅ＷＤを出力する。

ＲＲｆｌａｇ＝０の場合、すなわち、モータの回転速度が小さい場合には、第１のテーブル部３４４が選択される。なお、本明細書において値「Ｘｈ」は１６進数を意味している。選択された第１のテーブル部３４４は、常に、パルス幅ＷＤ＝Ｆｈを出力する。このようにパルス幅ＷＤを最大値Ｆｈに設定すれば、モータの始動時から低速時においては、大きな駆動力を得ることができる。

ＲＲｆｌａｇ＝１または２の場合、すなわち、モータの回転速度が大きくなった場合には、第２のテーブル部３４６が選択される。このテーブル部３４６は、センサ信号ＳＳＤのパルスの中心近傍に相当するアドレス値ＡＤＤにおいて、パルス幅ＷＤが最大値Ｆｈとなるように、パルス幅ＷＤを設定する。そして、アドレス値ＡＤＤがセンサ信号ＳＳＤのパルスの中心近傍から時間的に遠ざかるにしたがってパルス幅ＷＤが小さくなるように、それぞれのパルス幅ＷＤを設定する。このようにパルス幅ＷＤを設定すれば、逆起電力波形を模擬したＰＷＭ信号を生成することができ、効率よくモータを駆動させることができる。なお、速度信号ＲＲｆｌａｇが１または２の場合には、パルス幅設定部３４０から出力されるパルス幅ＷＤは同一であるが、後述する励磁区間が異なる値に設定される。また、パルス幅ＷＤの最大値は、Ｆｈには限られず、分周値Ｎの値に応じた所定の最大値や、任意に定めた所定の最大値をとることもできる。

ＲＲｆｌａｇ＝３となった場合、すなわち、モータの回転速度がさらに大きくなった場合には、第３のテーブル部３４８が選択される。このテーブル部３４８は、センサ信号ＳＳＤのパルスの中心よりも時間的に早いタイミングで最大値Ｆｈとなるようにパルス幅ＷＤを設定する。この結果、駆動信号ＤＲＶＡの位相をやや進める進角制御を実現することが可能である。モータの回転が低速の場合には進角制御の有無によって効果はそれほど変わらないが、高速の場合には進角制御により効率を大幅に向上させることが可能である。

なお、３つのテーブル部３４４，３４６，３４８に格納されているパルス幅ＷＤは、ＣＰＵ２２０によって任意の値に書き換えることも可能である。したがって、後述するＰＷＭ信号生成部３５０（図１１）によって、任意のパルス幅ＷＤを有するＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を生成することが可能である。

図１５はＰＷＭ信号生成部３５０の内部構成を示すブロック図である。ＰＷＭ信号生成部３５０は、ダウンカウンタ部３５２と、回転方向制御部３５４と、ＥＸＯＲ回路３５６とを備えている。これらは以下のように動作する。

図１６は、モータ正転時の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１６には、センサ信号ＳＳＤと、アドレスリセット信号ＡＤＤｒｓｔと、２つのクロック信号ＣＬＫａｄｄ，ＣＬＫｐｗｍと、アドレス値ＡＤＤと、パルス幅ＷＤと、ダウンカウンタ部３５２内のカウント値ＣＭと、ダウンカウンタ部３５２の出力Ｓ１と、正逆方向指令値信号ＲＩ、ＥＸＯＲ回路３５６の出力Ｓ２と、回転方向制御部の出力信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２とが示されている。また、この図１６では、説明の便宜上、分周値Ｍ＝５，Ｎ＝５として描かれている。ダウンカウンタ部３５２（図１５）は、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄの１期間毎に、ＰＷＭクロック信号ＣＬＫｐｗｍ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の初期値はパルス幅ＷＤの値に設定される。ダウンカウンタ部３５２の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭが０で無い場合にはハイレベルに設定され、カウント値ＣＭが０になるとローレベルに立ち下がる。

ＥＸＯＲ回路３５６は、センサ信号ＳＳＤと正逆方向指令値信号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、正逆方向指令値信号ＲＩがローレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路３５６の出力Ｓ２は、センサ信号ＳＳＤと同じ信号となる。回転方向制御部３５４は、ダウンカウンタ部３５２の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路３５６の出力Ｓ２から、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。すなわち、ダウンカウンタ部３５２の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路３５６の出力Ｓ２がハイレベルを示している期間における出力Ｓ１を第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１として出力し、出力Ｓ２がローレベルを示している期間における出力Ｓ１を第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２として出力する。

図１７は、モータ逆転時の各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。モータ逆転時には、正逆方向指令値信号ＲＩがハイレベルに設定される。この結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が図１６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１８（Ａ）は、励磁区間制限部３６０の内部構成を示すブロック図である。図１８（Ｂ）は、各種の信号の変化をタイミングチャートである。励磁区間制限部３６０は、２つのＡＮＤ回路３６２，３６４を備えている。励磁区間信号Ｅｎｂは、励磁区間信号生成部３７０（図１１）によって生成される信号であり、ハイレベル期間を励磁区間ＥＰとして設定し、ローレベル期間を非励磁区間ＮＥＰとして設定する。励磁区間ＥＰは、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を駆動信号ＤＲＶＡ１，２として有効とする区間であり、非励磁区間ＮＥＰは、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を駆動信号ＤＲＶＡ１，２として無効とする区間である。すなわち、第１ＡＮＤ回路３６２は、励磁区間信号ＥｎｂとＰＷＭ信号ＰＷＭ１との論理積を示す駆動信号ＤＲＶＡ１を出力し、第２ＡＮＤ回路３６４は、励磁区間信号ＥｎｂとＰＷＭ信号ＰＷＭ２との論理積を示す駆動信号ＤＲＶＡ２を出力する。励磁区間信号Ｅｎｂの生成方法については後述する。図１８（Ｂ）では、センサ信号ＳＳＤがハイレベルからローレベルに移行する付近と、ローレベルからハイレベルに移行する付近では、励磁区間信号Ｅｎｂがローレベルとなっており、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１９（Ａ）は、励磁区間信号生成部３７０の内部構成を示すブロック図である。図１９（Ｂ）は、各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。励磁区間信号生成部３７０は、励磁区間設定テーブル部３７２と、励磁区間信号出力部３７４とを備えている。励磁区間設定テーブル部３７２には、速度信号ＲＲｆｌａｇに応じたスタート値ＳＴと、エンド値ＥＤがそれぞれ格納されている。励磁区間信号出力部３７４は、スタート値ＳＴと、エンド値ＥＤと、アドレス値ＡＤＤとを入力とし、アドレス値ＡＤＤがスタート値ＳＴとエンド値ＥＤとの間に含まれる場合には、励磁区間信号Ｅｎｂをハイレベルとして出力する。

スタート値ＳＴとエンド値ＥＤは、速度信号ＲＲｆｌａｇの値が０から２と大きくなるにしたがって励磁区間ＥＰの幅が狭くなるように設定されている。これは、モータの回転速度が上昇するにしたがってコイルへの電圧印加時間を減らし、消費電力の低減を実現するためである。速度信号ＲＲｆｌａｇ＝３の場合、すなわち、さらにモータの回転速度が大きくなり、上述した進角制御を行う場合には、励磁区間ＥＰの中心がセンサ信号ＳＳＤの中心よりも早い位置となるように、スタート値ＳＴとエンド値ＥＤを設定することが好ましい。なお、スタート値ＳＴとエンド値ＥＤの値は、ＣＰＵ２２０によって任意の値に書き換えることが可能である。

上述のように、励磁区間信号生成部３７０は、４段階の速度信号ＲＲｆｌａｇの値に応じて、励磁区間ＥＰを４段階に分けて定めている。これに対して、パルス幅設定部３４０は、速度信号ＲＲｆｌａｇに応じて、パルス幅ＷＤを３段階に分けて定めている。このように、速度信号ＲＲｆｌａｇに応じて切替える励磁区間ＥＰのテーブルの数を、速度信号ＲＲｆｌａｇに応じて切替えるパルス幅ＷＤのテーブルの数より多くすれば、同一のパルス幅ＷＤを有するＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２であっても、励磁区間ＥＰが異なるようにすることが可能となる。

このように、第１実施例では、アドレス形成部３３０にてアドレス値ＡＤＤを生成し、それぞれのアドレス値ＡＤＤごとにパルス幅ＷＤを設定するので、磁気センサ４０からの２値のデジタル信号ＳＳＤに基づいて、電動機を駆動するための駆動信号ＤＲＶＡ１，２をＰＷＭ制御によって生成することが可能である。

なお、磁気センサ４０（図１１）は、本発明における「位置センサ」に相当し、アドレスクロック信号ＣＬＫａｄｄ（図１２）は、本発明における「分割信号」に相当し、ＰＬＬ回路３０７（図１２）および第２分周器３１６（図１２）は、本発明における「分割信号生成部」に相当する。励磁区間制限部３６０（図１８）および励磁区間信号生成部３７０（図１９）は、本発明における「励磁区間設定部」に相当する。また、アドレス値ＡＤＤは、本発明における「分割信号」に相当し、アドレス形成部３３０は、本発明における「分割信号生成部」に相当する。

Ｂ．第２実施例：
図２０（Ａ）は、第２実施例におけるパルス幅設定部３４０ｂの内部構成を示すブロック図である。図２０（Ｂ）は、パルス幅設定部３４０ｂがアドレス値ＡＤＤからパルス幅ＷＤを算出するまでの演算の結果を示す表である。図１４に示した第１実施例との違いは、パルス幅ＷＤの生成方法が異なっているという点だけであり、他の全体の構成は第１実施例と同じである。

パルス幅設定部３４０ｂは、正規化部３８２と、演算部３８４と、演算係数設定部３８６とを備えている。正規化部３８２は、分周値記憶部３１８と接続されている。正規化部３８２は、分周値Ｍを用いて、アドレス値ＡＤＤを以下の（５）式にしたがって０〜１の範囲に正規化し、正規化値Ｘを求める。
Ｘ＝ＡＤＤ／（Ｍ−１） …（５）

演算係数設定部３８６は、演算部３８４で用いられる係数Ｋ０を、速度信号ＲＲｆｌａｇの値に応じて設定する。なお、演算係数設定部３８６内に格納されている係数Ｋ０の値は、ＣＰＵ２２０によって任意の値に書き換え可能とすることが好ましい。演算部３８４は、正規化値Ｘを入力とし、以下の（６）式にしたがってパルス幅ＷＤを求める。
ＷＤ＝Ｋ０×sin（Ｘ・π） …（６）
ただし、図２０（Ｂ）で示した表では、係数Ｋ０＝１５として演算を行っている。ここで、係数Ｋ０は分周値Ｎを超えない値とすることが好ましい。これは、ＰＷＭ信号生成部３５０で生成するパルスの分解能を超えてパルス幅ＷＤを設定しても、ＰＷＭ信号生成部３５０はパルス幅ＷＤに応じたパルスを生成することができないからである。また、演算部３８４から出力されるパルス幅ＷＤは、上記（６）式で求められた値を四捨五入して得られた整数としての値である。

このように、ｓｉｎ関数を用いて演算を行う演算部３８４によってパルス幅ＷＤを算出しても、第１実施例と同様に、磁気センサ４０からの２値のデジタル信号ＳＳＤに基づいて、電動機を駆動するための駆動信号ＤＲＶＡ１，２をＰＷＭ制御で生成することが可能である。

Ｃ．第３実施例：
図２１（Ａ）は、第３実施例におけるパルス幅設定部３４０ｃの内部構成を示すブロック図である。図２１（Ｂ）は、パルス幅設定部３４０ｃがアドレス値ＡＤＤからパルス幅ＷＤを算出するまでの演算の結果を示す表である。図２０に示した第２実施例との違いは、演算に用いる係数の数と、演算部３８４ｃの演算式が異なっているという点だけであり、他の全体の構成は第２実施例と同じである。

パルス幅設定部３４０ｃは、正規化部３８２と、演算部３８４ｃと、演算係数設定部３８６ｃとを備えている。演算係数設定部３８６ｃは、演算部３８４ｃで用いられる５つの係数Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４を速度信号ＲＲｆｌａｇに応じて設定する。なお、第２実施例と同様に、演算係数設定部３８６ｃとＣＰＵ２２０とを接続し、演算係数設定部３８６ｃ内に格納されている５つの係数Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の値を任意の値に書き換え可能とすることが好ましい。演算部３８４ｃは、正規化値Ｘを入力とし、以下の（７）式にしたがってパルス幅ＷＤを求める。
ＷＤ＝Ｋ０×（Ｋ１・Ｘ³＋Ｋ２・Ｘ²＋Ｋ３・Ｘ＋Ｋ４） …（７）
ただし、この第３実施例では、係数として、Ｋ０＝１５、Ｋ１＝−２．２７０×１０^-13、Ｋ２＝−４．６８５、Ｋ３＝４．３５０、Ｋ４＝−３．２８６×１０^-2の値を用いてパルス幅ＷＤを求めている。なお、演算部３８４から出力されるパルス幅ＷＤは、上記（７）式で求められた値を四捨五入して得られた整数としての値である。また、パルス幅ＷＤの演算結果がマイナスの値を示した場合は、パルス幅ＷＤは、ＷＤ＝０として出力される。

このように、３次関数を用いて演算を行う演算部３８４ｃによってパルス幅ＷＤを算出しても、第２実施例と同様に、磁気センサ４０からの２値のデジタル信号ＳＳＤに基づいて、電動機を駆動するための駆動信号ＤＲＶＡ１，２をＰＷＭ制御で生成することが可能である。

Ｄ．第４実施例：
図２２は、第４実施例における駆動信号生成部２４０ｄの内部構成を示すブロック図である。図１１に示した第２実施例との違いは、アドレス形成部３３０とパルス幅設定部３４０の代わりに、アドレス発生部７３０と正弦波発生回路７００が設けられている点だけであり、他の全体の構成は第１実施例と同じである。

図２３は、第４実施例における正弦波発生回路７００の内部構成を示すブロック図である。正弦波発生回路７００は、ＰＬＬ回路７１０と、波形テーブル７２０とを備えている。ＰＬＬ回路７１０は、位相比較部７１２と、ループフィルタ７１４と、電圧制御発振器７１６と、分周器７１８とを備えている。分周器７１８は、分周値（２×Ｍ）を記憶している。ＰＬＬ回路７１０で生成される可変クロック信号ＶＳＳＤの周波数は、センサ出力ＳＳＤの周波数に分周値（２×Ｍ）を乗じた値となる。

波形テーブル７２０のアドレスは、分周信号ＤＶＳＳＤのパルスに応じて０から（２×Ｍ−１）の範囲で循環的に変化し、個々のアドレスに記憶されているパルス幅ＷＤ（波形値信号ＷＤとも呼ぶ）を順次出力する。この波形値は、パルスが２×Ｍ個発生する間に１つの正弦波を生成するような値に設定されている。

アドレス発生部７３０（図２２）は、可変クロック信号ＶＳＳＤのパルスに応じて、０〜（２×Ｍ−１）の範囲のアドレス値ＡＤＤを循環的に発生する回路である。

このように、アドレス形成部３３０とパルス幅設定部３４０の代わりに、アドレス発生部７３０と正弦波発生回路７００を用いても、第１実施例と同様に、磁気センサ４０からの２値のデジタル信号ＳＳＤに基づいて、電動機を駆動するための駆動信号ＤＲＶＡ１，２をＰＷＭ制御で生成することが可能である。

なお、可変クロック信号ＶＳＳＤは、本発明における「分割信号」に相当し、ＰＬＬ回路７１０は、本発明における「分割信号生成部」に相当し、波形テーブル７２０は、本発明における「パルス幅設定部」に相当する。

Ｅ．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。

Ｅ１．変形例１：
上記実施例では、位置センサとして、デジタル出力の磁気センサ（ホールＩＣ）４０を用いていたが、この代わりに、ロータリエンコーダ等の電磁コイルと永久磁石との相対位置を示す２値の位置信号を出力する各種のセンサを用いることができる。また、位置センサとして、アナログ出力のホール素子を用い、ホール素子からのアナログ信号をコンパレータによって２値のデジタル信号に変換し、得られた２値のデジタル信号を制御信号生成部３００（図１１）の入力信号として用いることもできる。

Ｅ２．変形例２：
上記実施例では、パルス幅設定部３４０、３４０ｃ、３４０ｄは、アドレス値ＡＤＤと、速度信号ＲＲｆｌａｇとに応じてパルス幅ＷＤを設定していたが、この代わりに、速度信号ＲＲｆｌａｇにかかわらず、アドレス値ＡＤＤのみに応じてパルス幅ＷＤを出力することとしてもよい。

Ｅ３．変形例３：
上記第１実施例では、励磁区間設定テーブル部３７２（図１９）内の励磁区間ＥＰのテーブルの数は４であり、パルス幅設定部３４０（図１４）内のパルス幅ＷＤのテーブルの数は３である。しかし、これらのテーブルの数は、３または４に限られず、速度信号ＲＲｆｌａｇの区分の数を超えない任意の数とすることが可能である。また、速度信号ＲＲｆｌａｇの区分の数も、０〜３の４段階に限られず、任意の数とすることが可能である。

たとえば、速度信号ＲＲｆｌａｇを０から１５の１６段階、励磁区間ＥＰのテーブルの数を１６、パルス幅ＷＤのテーブルの数を８とすることや、速度信号ＲＲｆｌａｇを０から１５の１６段階、励磁区間ＥＰのテーブルの数を８、パルス幅ＷＤのテーブルの数を１６とすることもできる。また、速度信号ＲＲｆｌａｇと、励磁区間ＥＰと、パルス幅ＷＤを、すべて同じ１６段階とすることも可能である。しかし、この場合は、あらかじめパルス幅ＷＤの値を、励磁区間制限部３６０で生成される駆動信号ＤＲＶＡ１，２の波形を示す値に設定し、励磁区間制限部３６０と励磁区間信号生成部３７０とを省略しても、同じ結果を得ることができる。

Ｅ４．変形例４：
上記第３実施例において演算に用いられる５つの係数Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４の値は、上記第３実施例に記載された値に限られず、コイルに発生する逆起電力波形を模擬するように正規化された任意の値とすることが可能である。また、速度信号ＲＲｆｌａｇに応じて、演算に用いる５つの係数の値を切替えることとしてもよい。

Ｅ５．変形例５：
上記第２、第３実施例では、ｓｉｎ関数または３次関数を用いて、パルス幅ＷＤを求める演算を行っていたが、この代わりに、逆起電力波形を模擬する任意の近似式（例えば、楕円を示す式等）を用いることも可能である。また、速度信号ＲＲｆｌａｇに応じて、演算に用いる近似式を切替えることとしてもよい。

Ｅ６．変形例６：
上記実施例におけるＰＬＬ回路３０７内の電圧制御発振器３１２としては、出力周波数に応じて電流ゲインを切り替えるＶＣＯの代わりに、本発明の発明者により開示された米国特許第４９７５６６２号公報又は米国特許第５１８５５８４号公報に記載されているＶＣＯ特性を有するＶＣＯを用いることが好ましい。

Ｅ７．変形例７．
上記実施例で用いられているバス４００は、ＣＰＵ２２０で制御されるように説明されているが、このバス４００の他に、フィリップス社製Ｉ²Ｃバスのようなシリアル通信バスを用いることも可能である。上記駆動制御回路を半導体集積回路で実現する場合には、このようなシリアル通信バスを用いることが好ましい。

Ｅ８．変形例８：
上記実施例では、単相ブラシレスモータについて記載したが、この代わりに、２相または３相以上のブラシレスモータが上記駆動制御回路を搭載することとしてもよい。

Ｅ９．変形例９：
上記実施例では、回転式のモータについて記載したが、この代わりに、リニアモータが上記駆動制御回路を搭載することとしてもよい。

Ｅ１０．変形例１０：
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。

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８００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源８１０Ｒ、８１０Ｇ、８１０Ｂ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８４０Ｒ、８４０Ｇ、８４０Ｂ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８５０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８６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン８７０と、プロジェクタ８００の全体を制御する制御部８８０と、を備えている。冷却ファン８７０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９００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９００は、携帯電話９００の動作を制御するＭＰＵ９１０と、ファン９２０と、燃料電池９３０とを備えている。燃料電池９３０は、ＭＰＵ９１０やファン９２０に電源を供給する。ファン９２０は、燃料電池９３０への空気供給のために携帯電話９００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池９３０で生成される水分を携帯電話９００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン９２０を図２５（Ｃ）のようにＭＰＵ９１０の上に配置して、ＭＰＵ９１０を冷却するようにしてもよい。ファン９２０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。

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。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。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。ドライバ回路の内部構成を示している。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している。駆動信号生成部の内部構成を示す説明図である。制御信号生成部の内部構成を示すブロック図である。アドレス形成部の内部構成を示すブロック図である。パルス幅設定部の内部構成を示すブロック図である。ＰＷＭ信号生成部の内部構成を示すブロック図である。モータ正転時の各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。モータ逆転時の各種の信号の変化を示すタイミングチャートである。励磁区間制限部の内部構成を示すブロック図である。励磁区間信号生成部の内部構成を示すブロック図である。第２実施例におけるパルス幅設定部の内部構成を示すブロック図である。第３実施例におけるパルス幅設定部の内部構成を示すブロック図である。第４実施例における駆動信号生成部の内部構成を示すブロック図である。第４実施例における正弦波発生回路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。

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
３６…磁気ヨーク
４０…磁気センサ
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
２４０ｄ…駆動信号生成部
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
３００…制御信号生成部
３０２…基準クロック信号生成部
３０４…速度信号生成部
３０６…エッジ検出部
３０７…ＰＬＬ回路
３０８…位相比較器
３１０…ループフィルタ
３１１…レベルシフタ
３１２…電圧制御発振器
３１４…第１分周器
３１６…第２分周器
３１８…分周値記憶部
３２０…正逆方向指令値記憶部
３３０…アドレス形成部
３３２…アドレスカウンタ部
３３４…アドレスラッチ
３４０…パルス幅設定部
３４０ｂ…パルス幅設定部
３４０ｃ…パルス幅設定部
３４２…テーブル選択部
３４４…テーブル部
３４６…テーブル部
３４８…テーブル部
３５２…ダウンカウンタ部
３５４…回転方向制御部
３５６…ＥＸＯＲ回路
３６０…励磁区間制限部
３７０…励磁区間信号生成部
３７２…励磁区間設定テーブル部
３７４…励磁区間信号出力部
３８２…正規化部
３８４…演算部
３８４ｃ…演算部
３８６…演算係数設定部
３８６ｃ…演算係数設定部
４００…バス
７００…正弦波発生回路
７１０…ＰＬＬ回路
７１２…位相比較部
７１４…ループフィルタ
７１６…電圧制御発振器
７１８…分周器
７２０…波形テーブル
８００…プロジェクタ
８１０Ｒ，８１０Ｇ，８１０Ｂ…光源
８４０Ｒ，８４０Ｇ，８４０Ｂ…液晶ライトバルブ
８５０…クロスダイクロイックプリズム
８６０…投写レンズ系
８７０…冷却ファン
８８０…制御部
９００…携帯電話
９１０…ＭＰＵ
９２０…ファン
９３０…燃料電池

Claims

電動機を駆動するための回路であって、
電磁コイルと永久磁石との相対位置を示す２値の位置信号のハイレベル期間およびローレベル期間をそれぞれ所定の数の区間に区分けする分割信号を生成する分割信号生成部と、
前記分割信号によって区分けされたそれぞれの区間ごとに、ＰＷＭ制御のためのパルス幅を設定するパルス幅設定部と、
前記設定されたパルス幅に基づいてＰＷＭ制御を行うことにより前記電動機を駆動するための駆動信号としてのＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記位置信号に基づいて、前記電磁コイルと前記永久磁石との相対速度を示す速度信号を生成する速度信号生成部と、
を備え、
前記分割信号生成部は、前記位置信号に基づいて前記分割信号を生成するためのＰＬＬ回路を含み、
前記パルス幅設定部は、前記速度信号に応じて、前記区分けされたそれぞれの区間ごとのパルス幅を設定するとともに、前記速度信号が第１の閾値を超えない場合は、前記区分けされたすべての区間において前記パルス幅を所定の最大値に設定する、
回路。
請求項１記載の回路であって、
前記ＰＬＬ回路は、前記位置信号と比較信号との位相差を示す誤差信号を出力する位相比較器と、前記誤差信号のパルスレベルとパルス数とに応じた電圧レベルを有する電圧制御信号を出力するループフィルタと、前記電圧制御信号の電圧レベルに応じた周波数を有するクロック信号を出力する電圧制御発振器と、前記クロック信号を分周した分周信号を前記比較信号として出力する第１分周器とを含み、
前記分割信号生成部は、さらに、前記分周信号を分周した信号を前記分割信号として出力する第２分周器を含む、
回路。
請求項１または請求項２に記載の回路であって、
前記パルス幅設定部は、前記速度信号が前記第１の閾値から前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値までの範囲内に含まれる場合は、前記位置信号のハイレベル期間またはローレベル期間の中心近傍に相当する前記区間において前記パルス幅が最も大きな値を示し、前記中心近傍から時間的に離れた前記区間の前記パルス幅ほど小さい値を示すように、前記パルス幅を設定する、回路。
請求項３に記載の回路であって、
前記パルス幅設定部は、前記速度信号が前記第２の閾値を超えている場合は、前記パルス幅が最大となる区間が前記位置信号のハイレベル期間またはローレベル期間の中心近傍よりも時間的に早い区間に現れるように、前記パルス幅を設定する、回路。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の回路であって、
前記電動機の回路は、さらに、
前記区分けされた複数の区間のうちの一部の区間を、前記ＰＷＭ信号を前記駆動信号として無効とする非励磁区間として設定し、その他の前記区間を、前記ＰＷＭ信号を前記駆動信号として有効とする励磁区間として設定する励磁区間設定部を備える、回路。
請求項５に記載の回路であって、
前記励磁区間設定部は、前記速度信号に応じて、前記励磁区間と非励磁区間とを設定する、回路。
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の回路を備える電動機。
請求項７に記載の電動機を備える電子機器。
請求項８に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、電子機器。
請求項７に記載の電動機を備える燃料電池使用機器。