JP5545333B2 - ブラシレス電気機械、それを備える装置、移動体、及びロボット - Google Patents
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本発明の第1の形態は、駆動制御部によって駆動されるブラシレス電気機械であって、
永久磁石と、
前記永久磁石との相対的な位置関係が固定された磁場強化部材と、
前記永久磁石および前記磁場強化部材の間に配置され、前記永久磁石に対して相対的に移動可能であり、前記駆動制御部から供給される第1の駆動信号によって駆動される第1の電磁コイルと、
前記永久磁石および前記磁場強化部材の間に配置され、前記永久磁石に対して相対的に移動可能であり、前記駆動制御部から供給され、前記第1の駆動信号との位相差がπ/2である第2の駆動信号によって駆動される第2の電磁コイルと、を有し、
前記磁場強化部材は、個々の前記永久磁石に向かって突出する突部を有する強磁性体である。
本発明の第2の形態は、ブラシレス電気機械であって、
永久磁石と、
前記永久磁石との相対的な位置関係が固定された磁場強化部材と、
前記永久磁石および前記磁場強化部材の間に配置され、前記永久磁石に対して相対的に移動可能な複数の電磁コイルと、
前記複数の電磁コイルに駆動信号を供給する駆動制御部と、
を備え、
前記複数の電磁コイルのうちの第1の電磁コイルに供給される第1の駆動信号と、前記複数の電磁コイルのうちの第2の電磁コイルに供給される第2の駆動信号との位相差はπ/2であり、
前記磁場強化部材は、個々の前記永久磁石に向かって突出する突部を有する強磁性体である。
これらの形態によれば、永久磁石と磁場強化部材とが共同して磁場を強めるので、永久磁石による磁場の利用効率を高めて電気機械の効率を向上させることができる。また、突部近傍の磁場をより強めることができるので、効率をさらに改善することができる。
ブラシレス電気機械であって、
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2の駆動部材を挟んで前記第1の駆動部材と反対側に配置され、前記第1の駆動部材との相対的な位置関係が固定された第3の駆動部材と、
前記第2の駆動部材に設けられて前記第1と第2の駆動部材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、前記ブラシレス電気機械の動作を制御する制御回路と、
を備え、
前記第3の駆動部材は、前記第1の駆動部材の各永久磁石と対向する位置に、前記各永久磁石と共同して前記第2の駆動部材の位置における磁場を強める磁場強化部材を有する、ブラシレス電気機械。
適用例1記載のブラシレス電気機械であって、
前記磁場強化部材は、永久磁石である、ブラシレス電気機械。
適用例1記載のブラシレス電気機械であって、
前記磁場強化部材は、強磁性体である、ブラシレス電気機械。
適用例1ないし3のいずれかに記載のブラシレス電気機械であって、
各永久磁石は、前記第2の駆動部材に面する側に突出する突部を有する、ブラシレス電気機械。
適用例1ないし4のいずれかに記載のブラシレス電気機械であって、
前記複数の電磁コイルは、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2以上の整数)のコイル群を有し、
前記制御回路は、前記M相のコイル群が同時に駆動力を発生するように前記M相のコイル群を駆動する、ブラシレス電気機械。
適用例1ないし5のいずれかに記載のブラシレス電気機械であって、
前記磁気センサは、前記第1と第2の駆動部材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、ブラシレス電気機械。
適用例6記載のブラシレス電気機械であって、
前記制御回路は、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、前記磁気センサの出力信号のアナログ的変化を模擬した駆動信号を生成するPWM制御回路を含む、ブラシレス電気機械。
適用例1ないし7のいずれかに記載のブラシレス電気機械であって、
前記制御回路は、前記電磁コイルから電力を回生する回生回路を含む、ブラシレス電気機械。
この構成によれば、ブラシレス電気機械を用いて発電を行うことが可能である。
A.第1実施例のモータ構成と動作の概要:
B.駆動回路ユニットの構成:
C.第1実施例のモータ構成の変形例:
D.第2実施例のモータ構成と動作の概要:
E.変形例:
図1(A)〜(D)は、本発明の第1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。このモータ本体は、ステータ部10と、上部ロータ部30Uと、下部ロータ部30Lとを有している。これらの部材10,30U,30Lは、それぞれ略円盤状の形状を有している。図1(B)は、下部ロータ部30Lの水平断面図である。下部ロータ部30Lは、それぞれ略扇状の形状を有する4つの永久磁石32Lを有している。上部ロータ部30Uも、下部ロータ部30Lと同じ構成を有しているので図示を省略する。上部ロータ部30Uと下部ロータ部30Lは、中心軸64に固定されており、同時に回転する。各磁石32U,32Lの磁化方向は、回転軸64と平行な方向である。
(1)低価格であること。
(2)小型であること。
(3)消費電力が少ないこと。
(4)振動・衝撃への耐久性。
(5)高温環境での利用性。
(6)軽量であること。
(7)大トルクを発生可能であること。
(8)高回転が可能であること。
(9)環境に優しいこと。
図7は、実施例における駆動回路ユニットの内部構成を示すブロック図である。この駆動回路ユニット500は、CPU110と、駆動制御部100と、回生制御部200と、ドライバ回路150と、整流回路250と、電源ユニット300とを備えている。2つの制御部100,200は、バス102を介してCPU110と接続されている。駆動制御部100とドライバ回路150は、電動モータに駆動力を発生させる場合の制御を行う回路である。また、回生制御部200と整流回路250は、電動モータから電力を回生する場合の制御を行う回路である。回生制御部200と整流回路250とをまとめて「回生回路」とも呼ぶ。また、駆動制御部100を「駆動信号生成回路」とも呼ぶ。電源ユニット300は、駆動回路ユニット500内の他の回路に各種の電源電圧を供給するための回路である。図7では、図示の便宜上、電源ユニット300から駆動制御部100及びドライバ回路150に向かう電源配線のみが描かれており、他の回路に向かう電源配線は省略されている。
図19は、第1実施例の第1変形例としてのブラシレスモータの構成を示す説明図である。このブラシレスモータのロータ部30Ua,30Laでは、永久磁石32Ua,32Ubの中央部に、ステータ部10に向けて突出した凸部36(図22(B))がそれぞれ設けられている。他の構成は、図1に示したモータの構成と同じである。永久磁石32Ua,32Ubの中央の凸部36は、図22(D)に示すコイル12A,12Bの有効コイル部ECPに相当する幅を有している。コイル12A,12Bの有効コイル部ECPは、有効な駆動力を発生するコイル部分であり、これ以外のコイル部分は駆動力(回転式モータでは回転方向の力)をほとんど発生しない。従って、各永久磁石に有効コイル部ECPとほぼ同じ幅の凸部36を設けることによって、磁石の磁場をより有効に活用することが可能である。
図23(A)〜(D)は、本発明の第2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。このモータ本体は、図1に示したモータの下部ロータ部30Lの構成を変更したものであり、他の構成は図1と同じである。図23(A),(D)に示すように、下部ロータ部30Lbには、永久磁石の代わりに強磁性体材料で形成された磁気ヨーク38が設けられている。これらの磁気ヨーク38は、上部ロータ部30Uの永久磁石32による磁場(特にステータ部10の位置における磁場)を強める働きがある。
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。
上記実施例や変形例では2相ブラシレスモータと3相ブラシレスモータについて説明したが、本発明は、任意の相数M(Mは1以上の整数)のブラシレスモータに適用することが可能である。例えば、1相モータにも本発明を適用することができる。1相モータは、例えば、図1のモータの2相のコイルのうちの1相分を省略することによって実現可能である。なお、各相のコイル群は、少なくとも1個の電磁コイルを含んでいれば良いが、2個以上の電磁コイルを含むことが好ましい。
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。
PWM回路としては、図11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。
本発明は、回生回路を含まないモータや、駆動制御回路を含まない発電機にも適用可能である。具体例としては、例えば、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、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。
12A,12B,12C…電磁コイル
14…支持部材
30…ロータ部
30L…下部ロータ部
30U…上部ロータ部
32…永久磁石
32L…永久磁石(磁場強化部材)
34U,34L…磁気ヨーク
36…凸部
38…磁気ヨーク(磁場強化部材)
40A,40B…磁気センサ
62…ケーシング
64…回転軸(中心軸)
100…駆動制御部
102…バス
110…CPU
120A,120B…ドライバ回路
122…増幅回路
150…ドライバ回路
200…回生制御部
202,204…充電切換部
206…電子可変抵抗器
211,212…AND回路
221〜224…電圧比較器
231,232…OR回路
250…整流回路
252…全波整流回路
261,262…ゲートトランジスタ
271…バッファ回路
272…インバータ回路
280…電源配線
500…駆動回路ユニット
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…符号化部
570…AD変換部
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
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
1140…ベアリング部
1200…移動部
1250…駆動制御部
2000…ブラシレスモータ(ファンモータ)
2100…羽根
Claims (10)
- 駆動制御部によって駆動されるブラシレス電気機械であって、
永久磁石と、
前記永久磁石との相対的な位置関係が固定された磁場強化部材と、
前記永久磁石および前記磁場強化部材の間に配置され、前記永久磁石に対して相対的に移動可能であり、前記駆動制御部から供給される第1の駆動信号によって駆動される第1の電磁コイルと、
前記永久磁石および前記磁場強化部材の間に配置され、前記永久磁石に対して相対的に移動可能であり、前記駆動制御部から供給され、前記第1の駆動信号との位相差がπ/2である第2の駆動信号によって駆動される第2の電磁コイルと、を有し、
前記磁場強化部材は、個々の前記永久磁石に向かって突出する突部を有する強磁性体である、ブラシレス電気機械。 - 請求項1に記載のブラシレス電気機械であって、
前記永久磁石は、前記第1の電磁コイルおよび前記第2の電磁コイルに向かって突出する突部を有する、ブラシレス電気機械。 - 請求項1又は2に記載のブラシレス電気機械であって、更に、
前記第1の電磁コイルおよび前記第2の電磁コイルからの前記永久磁石の相対位置を検出する磁気センサを有する、ブラシレス電気機械。 - 請求項3に記載のブラシレス電気機械であって、
前記磁気センサは、前記第1の電磁コイルおよび前記第2の電磁コイルからの前記永久磁石の相対位置に応じて3値以上のディジタル信号またはアナログ信号を出力するセンサである、ブラシレス電気機械。 - 請求項4記載のブラシレス電気機械であって、
前記第1と第2の駆動信号は、前記第1の電磁コイルまたは前記第2の電磁コイルの逆起電力波形に相当する波形を有する、ブラシレス電気機械。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラシレス電気機械であって、
前記駆動制御部は、前記第1の電磁コイルおよび前記第2の電磁コイルから電力を回生する回生回路を含む、ブラシレス電気機械。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラシレス電気機械と、
前記ブラシレス電気機械によって駆動される被駆動部材と、
を備える装置。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラシレス電気機械を備える移動体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のブラシレス電気機械を備えるロボット。
- 永久磁石と、
前記永久磁石との相対的な位置関係が固定された磁場強化部材と、
前記永久磁石および前記磁場強化部材の間に配置され、前記永久磁石に対して相対的に移動可能な複数の電磁コイルと、
前記複数の電磁コイルに駆動信号を供給する駆動制御部と、
を備え、
前記複数の電磁コイルのうちの第1の電磁コイルに供給される第1の駆動信号と、前記複数の電磁コイルのうちの第2の電磁コイルに供給される第2の駆動信号との位相差はπ/2であり、
前記磁場強化部材は、個々の前記永久磁石に向かって突出する突部を有する強磁性体である、ブラシレス電気機械。
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