JP4998070B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

この発明は、ブラシレスモータの駆動制御技術に関する。

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

従来のブラシレスモータでは、駆動信号として矩形波が使用されるのが一般的であった。矩形波の駆動信号を使用する場合には、駆動信号の極性の反転時に発生する過剰電流によって、モータが過熱するおそれがある。そこで、従来のブラシレスモータでは、過剰電流を制限するための回路が設けられているのが一般的であった。

図１５は、従来のブラシレスモータに用いられている過剰電流制限回路の一例を示している。この回路では、ブラシレスモータのコイルＣを駆動するブリッジ回路ＨＢの接地側に、過剰電流検出用トランジスタＰＴと、過剰電流センサＥＣＳとが設けられている。ブリッジ回路ＨＢに過剰電流が流れると、過剰電流センサＥＣＳによって過剰電流が流れたことが検出される。駆動回路は、この過剰電流センサＥＣＳの出力信号に応じて、コイルＣへの印加電圧や印加電流を制限していた。

過剰電流の制限は、本来は負荷が過大になった場合などの異常事態にのみ行うことが望ましい。しかし、モータの始動時にはかなり大きな電流が流れるので、始動時に電流制限が働いて電流を過度に制限してしまうことがある。このように始動時において電流を過度に制限すると、十分なトルクを発生できない場合があるという問題があった。

本発明は、ブラシレスモータにおいて、電流を過度に制限することなく、モータの過熱を防止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。
本発明の一形態は、ブラシレスモータであって、
複数の電磁コイルを有するコイル列と、
複数の永久磁石を有する磁石列と、
前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出するための磁気センサと、
前記磁気センサの出力を利用し、駆動素子を用いて前記コイル列を駆動する駆動制御回路と、
前記コイル列のコイル温度と前記駆動素子の温度とのうちのいずれかに関連付けられた検出対象温度を検出するための温度センサと、
を備え、
前記駆動制御回路は、
前記コイル列に電流を供給するための複数の駆動トランジスタで構成されるドライバ回路と、
前記ドライバ回路の前記複数の駆動トランジスタを制御する駆動信号を生成するための駆動信号生成回路と、
を備え、
前記駆動信号生成回路は、
前記温度センサの出力に基づいて、前記検出対象温度に応じて信号レベルが変化する温度監視信号を生成する温度監視回路と、
前記温度監視信号と前記磁気センサの出力とに少なくとも基づいて、前記磁気センサの出力のアナログ的変化と同じ変化を示し前記温度監視信号の信号レベルに比例した振幅を有する波形信号を生成する波形信号生成部と、
前記波形信号を利用したＰＷＭ制御を実行して、前記波形信号の変化と同じ実効電圧変化を示す前記駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
を含み、
前記駆動制御回路は、前記温度センサで検出された検出対象温度が所定の第１の閾値を超えたときには前記コイル列に供給する駆動電圧の実効値を低減させ、前記検出対象温度が高くなるほど前記実効値の低減幅が大きくなるように前記駆動電圧を調整し、前記検出対象温度が前記第１の閾値よりも大きな所定の第２の閾値を超えたときには前記コイル列への駆動電圧の供給を停止する。
このブラシレスモータによれば、温度センサで検出された検出対象温度が所定の第１の閾値を超えたときにはコイル列に供給する駆動電圧の実効値を低減させるので、従来のように過剰電流制限回路を設ける場合に比べて電流を過度に制限することが無くなり、また、モータの過熱を防止することができる。さらに、検出対象温度が高くなるほど前記実効値の低減幅が大きくなるように駆動電圧を調整するので、例えば、モータが回転している最中に温度が上昇した場合にも、駆動電圧を適切に調整することが可能である。また、検出対象温度に応じてＰＷＭに利用される波形信号の振幅を変化させることによって、モータの過熱を適切に防止することができる。

［適用例１］ ブラシレスモータであって、
複数の電磁コイルを有するコイル列と、
複数の永久磁石を有する磁石列と、
前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出するための磁気センサと、
前記磁気センサの出力を利用し、駆動素子を用いて前記コイル列を駆動する駆動制御回路と、
前記コイル列のコイル温度と前記駆動素子の温度とのうちのいずれかに関連付けられた検出対象温度を検出するための温度センサと、
を備え、
前記駆動制御回路は、前記温度センサで検出された検出対象温度が所定の第１の閾値を超えたときには前記コイル列に供給する駆動電圧の実効値を低減させるとともに、前記検出対象温度が高くなるほど前記実効値の低減幅が大きくなるように前記駆動電圧を調整する、ブラシレスモータ。

このブラシレスモータによれば、温度センサで検出された検出対象温度が所定の第１の閾値を超えたときにはコイル列に供給する駆動電圧の実効値を低減させるので、従来のように過剰電流制限回路を設ける場合に比べて電流を過度に制限することが無くなり、また、モータの過熱を防止することができる。また、検出対象温度が高くなるほど前記実効値の低減幅が大きくなるように駆動電圧を調整するので、例えば、モータが回転している最中に温度が上昇した場合にも、駆動電圧を適切に調整することが可能である。

［適用例２］ 適用例１記載のブラシレスモータであって、
前記駆動制御回路は、前記検出対象温度が前記第１の閾値よりも大きな所定のの第２の閾値を超えたときには前記コイル列への駆動電圧の供給を停止する、ブラシレスモータ。

この構成では、コイルの過熱をより確実に防止できる。

［適用例３］ 適用例１又は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、
前記コイル列に電流を供給するための複数の駆動トランジスタで構成されるドライバ回路と、
前記ドライバ回路の前記複数の駆動トランジスタを制御する駆動信号を生成するための駆動信号生成回路と、
を備え、
前記駆動信号生成回路は、
前記温度センサの出力に基づいて、前記検出対象温度に応じて信号レベルが変化する温度監視信号を生成する温度監視回路と、
前記温度監視信号と前記磁気センサの出力とに少なくとも基づいて、前記磁気センサの出力のアナログ的変化と同じ変化を示し前記温度監視信号の信号レベルに比例した振幅を有する波形信号を生成する波形信号生成部と、
前記波形信号を利用したＰＷＭ制御を実行して、前記波形信号の変化と同じ実効電圧変化を示す前記駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
を含む、ブラシレスモータ。

この構成では、検出対象温度に応じてＰＷＭに利用される波形信号の振幅を変化させることによって、モータの過熱を適切に防止することができる。

［適用例４］ 適用例３記載のブラシレスモータであって、
前記波形信号生成部は、前記温度監視信号のみでなく、外部から与えられるブラシレスモータの動作電圧の指令値にも基づいて前記波形信号の振幅を設定する、ブラシレスモータ。

この構成では、動作電圧の指令値と検出対象温度との両方に応じてモータの出力を適切に調整することができる。

［適用例５］ 適用例１ないし４のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
前記温度センサは、前記駆動素子が実装されたパワー半導体素子内に含まれている、ブラシレスモータ。

この構成では、駆動素子の温度を精度良く検出できるので、電流を過度に制限すること無く、モータの過熱を防止できる。

［適用例６］ 適用例１ないし４のいずれかに記載のブラシレスモータであって、
前記温度センサは、前記駆動素子に設けられた放熱部材に設置されている、ブラシレスモータ。

この構成では、放熱部材の温度を検出できるので、モータの駆動素子の過熱を適切に防止することができる。

［適用例７］ 複数の電磁コイルを有するコイル列と、複数の永久磁石を有する磁石列と、前記コイル列のコイル温度と前記コイル列を駆動する駆動素子の温度とのいずれかに関連付けられた検出対象温度を検出するための温度センサと、を備えるブラシレスモータの制御方法であって、
整する、ブラシレスモータの制御方法。
前記温度センサで検出された検出対象温度が所定の第１の閾値を超えたときには前記コイル列に供給する駆動電圧の実効値を低減させるとともに、前記検出対象温度が高くなるほど前記実効値の低減幅が大きくなるように前記駆動電圧を調整する、ブラシレスモータの制御方法。

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．変形例：

A．モータの構成と動作の概要：
図１（Ａ）〜（Ｃ）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盤状のステータ部１０及びロータ部３０を有している。ステータ部１０（図１（Ｃ））には、回路基板１２０上に２組の電磁コイル１１，１２と、２つの磁気センサ４０Ａ，４０Ｂと、２つの温度センサ５０Ａ，５０Ｂとが設けられている。第１の磁気センサ４０Ａは１組目のコイル１１用のセンサであり、第２の磁気センサ４０Ｂは２組目のコイル１２用のセンサである。以下では、２組の電磁コイル１１，１２を「Ａ相コイル１１」、「Ｂ相コイル１２」と呼ぶ。

第１の温度センサ５０ＡはＡ相コイル１１の温度を測定するためのセンサであり、第２の温度センサ５０ＢはＢ相コイル１２の温度を測定するためのセンサである。これらの温度センサ５０Ａ，５０Ｂは、コイル１１，１２に接する状態で設置されていることが好ましいが、コイル１１，１２の近傍に設置してもよい。なお、温度センサは、各相のコイル群にそれぞれ少なくとも１つ設けることが好ましい。こうすれば、任意の相のコイルに大きな電流が流れたときに、コイルの過熱を防止することが可能である。

ロータ部３０（図１（Ｂ））には、２つの磁石３２が設けられており、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３２の磁化方向は図１（Ｂ）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（Ａ）〜（Ｄ）は、モータの動作時における磁石列とコイル列の位置関係を示す説明図である。なお、これらの図では、図示の便宜上、磁石３２が多数存在するように描かれているが、実際の磁石の数は図１（Ｂ）に示したように２個である。但し、磁石数及びコイル数としては、任意の適切な整数を採用することができる。図２（Ａ）に示すように、磁石３２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、１つの相のコイル群を構成する２つコイルは、一定のピッチＰｃで配置されており、常に同じ方向に励磁される。隣接する相のコイル同士は、同相コイル間のピッチＰｃの１／２だけ離れている。同相コイル間のピッチＰｃは、磁極ピッチＰｍに等しい。磁極ピッチＰｍは、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。

図２（Ａ）は、位相が０又は２πにおける状態を示している。また、図２（Ｂ）〜（Ｄ）は、位相がπ／２，π，３π／２の時点の状態をそれぞれ示している。なお、図２（Ａ），（Ｃ）でＡ相コイル１１のハッチングが省略されているのは、これらのタイミングでＡ相コイル１１の駆動信号の極性が反転する（すなわち励磁方向が反転する）からである。同様に、図２（Ｂ），（Ｄ）のタイミングでは、Ｂ相コイル１２の駆動信号の極性が反転する。

図３は、センサ出力と駆動信号の例を示す説明図である。図３（Ａ）は、Ａ相磁気センサ４０Ａのセンサ出力ＳＳＡと、Ｂ相磁気センサ４０Ｂのセンサ出力ＳＳＢとを示している。なお、磁気センサ４０Ａ，４０Ｂとしては、アナログ出力を有するホールＩＣセンサを利用することができる。図３（Ｂ）は、Ａ相コイル１１に印加される実効駆動電圧ＶＡと、Ｂ相コイル１２に印加される実効駆動電圧ＶＢの一例を示している。これらの実効駆動電圧ＶＡ，ＶＢは、それぞれの磁気センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢと相似形状を有していることが好ましい。図３（Ｃ）は、磁気センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢを利用したＰＷＭ制御でそれぞれ生成される２相の駆動信号の例を示している。図３（Ｂ）に示した実効駆動電圧ＶＡは、Ａ相の駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２によって得られる実効電圧である。なお、Ａ相の第１の駆動信号ＤＲＶＡ１は、磁気センサ出力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は磁気センサ出力ＳＳＡが正のときにのみパルスを発生する信号であるが、図３（Ｃ）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。Ｂ相も同様である。

B．駆動制御回路の構成：
図４（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、２相のドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂと、２つのＡＤ変換部２６０，２８０と、警告表示部２９０とを備えている。２つの磁気センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢは、ＡＤ変換部２６０でデジタル多値信号に変換されて、駆動信号生成部２４０に供給される。温度センサ５０Ａ，５０Ｂの出力信号ＴＡ，ＴＢ（「温度信号」と呼ぶ）も、ＡＤ変換部２８０でデジタル多値信号に変換されて、駆動信号生成部２４０に供給される。駆動信号生成部２４０は、これらの磁気センサ出力ＳＳＡ，ＳＳＢ及び温度信号ＴＡ，ＴＢに基づいて、２相の駆動信号（図３（Ｃ））を生成する。ドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂは、これらの２相の駆動信号に従ってモータ本体１００内の２相の電磁コイル群１１，１２を駆動する。

図４（Ｂ）は、磁気センサ４０Ａの内部構成の一例を示している。Ｂ相用の磁気センサ４０Ｂもこれと同じ構成を有している。この磁気センサ４０Ａ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４０Ａ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４０Ａのゲイン値ａとバイアス値ｂは、ＣＰＵ２２０によって磁気センサ４０Ａ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、磁気センサ出力ＳＳＡを好ましい波形形状に較正することが可能である。Ｂ相磁気センサ４０Ｂについても同様である。

なお、本実施例の駆動制御回路２００には、図１５で説明したような電流制限回路は設けられていない。従って、コイルの過熱は、温度センサ５０Ａ，５０Ｂと駆動信号生成部２４０の働きによって防止される。

図５は、ドライバ回路の内部構成を示している。各相のドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂは、それぞれＨ型ブリッジ回路を構成する４つのトランジスタ３０１〜０４を有している。上アームのトランジスタ３０１，３０３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。Ａ相のドライバ回路２５０Ａは、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じてＡ相コイル１１を駆動する。符号ＩＡ１，ＩＡ２が付された矢印は、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。他の相も同様である。なお、ドライバ回路としては、複数の駆動トランジスタで構成される種々の構成の回路を利用可能である。

図６は、駆動信号生成部２４０（図４（Ａ））の内部構成と動作を示す説明図である。なお、ここでは図示の便宜上、Ａ相用の回路要素のみを示しているが、Ｂ相用にも同じ回路要素が設けられている。

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、温度監視部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。Ａ相磁気センサ出力ＳＳＡは、符号化部５６０と励磁区間設定部５９０とに供給されている。温度信号ＴＡ，ＴＢは、温度監視部５７０に供給されている。

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、Ａ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２（図３（Ｃ））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４０Ａの出力ＳＳＡは、符号化部５６０に供給される。符号化部５６０は、磁気センサ出力ＳＳＡのレンジを変換するとともに、センサ出力の中位点の値を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５５０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、温度監視部５７０によって生成される温度監視信号Ｚａ（「温度ゲインＺａ」とも呼ぶ）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。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。

図７は、温度監視部５７０で生成される温度監視信号Ｚａと、温度信号との関係を示すグラフである。横軸は、温度信号ＴＡ又はＴＢで表される温度（「検出対象温度」とも呼ぶ）を示し、縦軸は温度監視信号Ｚａのレベルを示す。温度監視信号Ｚａは、検出対象温度が所定の第１の閾値ＴＴ１に達するまでの低い温度範囲では、１．０（最大値）に維持される。検出対象温度が第１の閾値ＴＴ１以上になると、検出対象温度が高くなるほど温度監視信号Ｚａが小さくなるように、温度監視信号Ｚａのレベルが単調に減小する。また、検出対象温度が所定の第２の閾値ＴＴ２以上になると、温度監視信号Ｚａは０になる。なお、本実施例では、２つの温度信号ＴＡ，ＴＢが温度監視部５７０に入力されているが、検出温度温度としては、２つの温度信号ＴＡ，ＴＢで示される温度のうちの一方（高い方又は低い方の値）を用いることが可能である。このように生成された温度監視信号Ｚａは、温度監視部５７０から乗算器５５０に供給される。

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、温度監視信号Ｚａの３つ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６（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。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６（Ｂ）〜（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、Ａ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、磁気センサ出力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は磁気センサ出力ＳＳＡが正のときにのみパルスを発生する信号であるが、図６（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。

前述したように、乗算値Ｍａは、３つの値Ｘａ，Ｙａ，Ｚａの乗算結果である。従って、乗算値Ｍａは、磁気センサ出力ＳＳＡのアナログ的変化（図３（Ａ））と同じ変化を示し、かつ、電圧指令値Ｙａと温度監視信号Ｚａの双方の信号レベルに比例した振幅を有するデジタル信号である。なお、磁気センサ出力ＳＳＡは通常は正弦波に近い信号なので、乗算値Ｍａで表されるデジタル信号も、正弦波に近い波形を有する信号である。そこで、本実施例では、乗算値Ｍａで表されるデジタル信号を「波形信号」とも呼ぶ。なお、指令値レジスタ５８０を省略して、電圧指令値Ｙａを利用しないものとしてもよい。この場合には、乗算値Ｍａは，磁気センサ出力ＳＳＡのアナログ的変化と同じ変化を示し、かつ、温度監視信号Ｚａに比例した振幅を有するデジタル信号となる。

ＰＷＭ部５３０（図６）は、この乗算値Ｍａの変化（すなわち波形信号の変化）と同じ実効電圧変化を示す駆動信号をＰＷＭ制御によって生成する。従って、駆動信号の実効電圧は、温度監視信号Ｚａに比例する。この結果、検出対象温度が第１の閾値ＴＴ１（図７）以上になると、検出対象温度が高くなるほどコイルの駆動信号の実効電圧が低減して、モータの過熱が防止される。また、温度監視信号Ｚａのレベルは検出対象温度の上昇に伴って徐々に低下するので、電流を過度に制限することを防止できる。例えば、モータが回転している最中にモータの負荷が大きくなり、この結果として検出対象温度が上昇したような場合にも、図７の特性に従って駆動電圧が徐々に低下するので、過熱を防止することが可能である。

なお、図７の例では、検出対象温度が第１の閾値ＴＴ１よりも大きい温度範囲において、警告レベルＡＬが異なる４つの警告温度範囲が設定されている。検出対象温度が警告温度範囲に達した場合には、それらの警告レベルＡＬに応じて警告表示部２９０（図６）が警告を表示するようにしてもよい。警告表示としては、例えば、警告レベルＡＬを示す数字や、警告レベルＡＬを異なる色で示す種々の表示を利用することができる。このような警告表示を行うようにすれば、モータの利用者が、モータが過度状態になりつつあることを直ちに認識することが可能である。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、磁気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。なお、図８では、Ｙａ＝１，Ｚａ＝１の場合の波形を示している。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６で説明したように、Ａ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２は磁気センサ出力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Ａ相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を用いて、各コイルに、磁気センサ出力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８（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８（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、センサ出力の中位点近傍（これは逆起電力波形の中位点近傍に相当する）においてコイルに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、センサ出力波形（これは逆起電力波形にほぼ等しい）のピークを中心と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、センサ出力波形の中位点（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、励磁区間設定部５９０は省略してもよい。

上述の説明から理解できるように、本実施例のブラシレスモータでは、温度監視信号Ｚａの値が１．０に維持されている場合にも、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４（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９は、ＰＷＭ部５３０（図６）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１０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１０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１０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１１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１０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１２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、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、磁気センサ出力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Ｅａ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１２（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１２（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。

以上のように、上記実施例のブラシレスモータでは、温度センサ５０Ａ，５０Ｂと温度監視部５７０（図６）との働きによって、各相のコイル１１，１２の過熱を防止している。従って、従来のような電流制限回路を設ける必要がない。また、始動時においても電流を過度に制限することを防止できるので、始動時にトルクが十分なトルクを発生できないという不具合を防止することも可能である。すなわち、従来のようにＳＮ極の磁極が交差する領域で矩形波形駆動による電力供給が行なわれると、短絡電流が生じ電流制限回路が必須であった。しかし、本実施例では、その交差する領域では図８で示すように正弦波形駆動による電力供給が抑制され短絡電流が生じることないため電流制限回路は不要となる。また始動時には、始動トルクを得るための始動電流と電磁コイルのインピーダンスは設計上で決定されるので過剰電流保護は設計上不要とされる。また、設計上で予期しない過剰負荷が生じた際には、設計時間以上の過剰電流を、温度検出によって抑制させることができる。

図１３は、ブラシレスモータの駆動制御回路の他の構成の例を示すブロック図である。この駆動制御回路２００ａは、図４（Ａ）に示した駆動制御回路２００のドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂに、温度センサ６０Ａ，６０Ｂをそれぞれ設けたものである。また、モータ本体１００ａは、図４（Ａ）のモータ本体１００から温度センサ５０Ａ，５０Ｂを省略したものである。他の構成は、図４（Ａ）に示した回路と同じである。温度センサ６０Ａ，６０Ｂは、ドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂを構成する駆動素子（駆動トランジスタ）の温度を検出するためのものである。

図１４（Ａ）は、温度センサ６０Ａの実装例を示している。この例では、放熱基板２５２の上にドライバ回路２５０Ａを構成するパワー半導体素子が載置されており、このパワー半導体素子内に温度センサ６０Ａが実装されている。他のドライバ回路２５０Ｂにも同様に温度センサ６０Ｂが実装されている（図示省略）。温度センサ６０Ａ，６０Ｂとしては、例えばダイオード素子を用いることができる。ダイオード素子の電流電圧特性は温度に依存するので、ダイオード素子の電流電圧特性を測定することによって温度を検出することが可能である。この場合には、温度監視部５７０（図６）内に、ダイオード素子の電流電圧特性から温度を決定するための温度決定回路が設けられていることが好ましい。温度監視部５７０は、温度センサ６０Ａ，６０Ｂの出力に基づいて、図７に示した温度監視信号Ｚａを生成する。なお、温度監視部５７０内の温度決定回路は、自身の温度特性を補償するための温度補償機能を有することが好ましい。

図１４（Ｂ）は、温度センサの他の実装例を示している。この例では、ドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂに放熱板２５４が設けられており、この放熱板２５４に温度センサ６０が設置されている。なお、この例では温度センサ６０は１つであるが、各ドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂの近傍にそれぞれ温度センサを１つずつ設けるようにしてもよい。温度センサ６０は、ドライバ回路２５０Ａ，２５０Ｂの駆動素子自体の温度を測定するものでは無く、駆動素子の温度と共に変化する放熱板２５４の温度を測定するためのものである。この例からも理解できるように、駆動素子自体の温度を測定する必要は無く、駆動素子の温度に関連付けられた検出対象温度（すなわち駆動素子の温度と共に昇降する温度）を検出して過熱制限を行うようにしてもよい。この点は、前述したコイル温度に関しても同様である。

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、検出対象温度（コイル温度又は駆動素子温度）に応じて温度監視信号Ｚａのレベルを変更し、これに応じてコイルの実効駆動電圧を減小させていたが、他の回路構成を用いてコイルに印加される実効駆動電圧を低下させるようにしてもよい。このような回路構成は、例えば、図１２に示した励磁区間設定部５９０の構成において、検出対象温度（又は温度監視信号Ｚａ）のレベルに応じて可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖを再調整する抵抗値調整回路を設けることによって実現可能である。

C２．変形例２：
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。

C３．変形例３：
ＰＷＭ回路としては、図６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。

C４．変形例４：
上記実施例では、２極２相モータの例を説明したが、モータの極数及び相数はそれぞれ任意の数を採用することが可能である。

C５．変形例５：
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。

実施例における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。 モータの動作時における磁石列とコイル列の位置関係を示す説明図である。 センサ出力と駆動信号の例を示す説明図である。 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す図である。 駆動信号生成部の内部構成と動作を示す説明図である。 温度監視信号Ｚａと温度信号との関係を示すグラフである。 磁気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。 ブラシレスモータの駆動制御回路の他の構成を示すブロック図である。 温度センサの他の実装例を示す説明図である。 従来のブラシレスモータに用いられている過剰電流制限回路の一例を示す説明図である。

符号の説明

１０…ステータ部
１１…Ａ相コイル
１２…Ｂ相コイル
３０…ロータ部
３２…磁石
４０Ａ，４０Ｂ…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
５０Ａ，５０Ｂ…温度センサ（コイル温度検出用）
６０，６０Ａ，６０Ｂ…温度センサ（素子温度検出用）
１００…モータ本体
１１２…回転軸
１２０…回路基板
２００…駆動制御回路
２２０…ＣＰＵ
２４０…駆動信号生成部
２５０Ａ，２５０Ｂ…ドライバ回路
２５２…放熱基板
２５４…放熱板
２６０…ＡＤ変換部
２８０…ＡＤ変換部
２９０…警告表示部
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…温度監視部
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

Claims (4)

1. ブラシレスモータであって、
   複数の電磁コイルを有するコイル列と、
   複数の永久磁石を有する磁石列と、
   前記磁石列と前記コイル列の相対位置を検出するための磁気センサと、
   前記磁気センサの出力を利用し、駆動素子を用いて前記コイル列を駆動する駆動制御回路と、
   前記コイル列のコイル温度と前記駆動素子の温度とのうちのいずれかに関連付けられた検出対象温度を検出するための温度センサと、
   を備え、
   前記駆動制御回路は、
   前記コイル列に電流を供給するための複数の駆動トランジスタで構成されるドライバ回路と、
   前記ドライバ回路の前記複数の駆動トランジスタを制御する駆動信号を生成するための駆動信号生成回路と、
   を備え、
   前記駆動信号生成回路は、
   前記温度センサの出力に基づいて、前記検出対象温度に応じて信号レベルが変化する温度監視信号を生成する温度監視回路と、
   前記温度監視信号と前記磁気センサの出力とに少なくとも基づいて、前記磁気センサの出力のアナログ的変化と同じ変化を示し前記温度監視信号の信号レベルに比例した振幅を有する波形信号を生成する波形信号生成部と、
   前記波形信号を利用したＰＷＭ制御を実行して、前記波形信号の変化と同じ実効電圧変化を示す前記駆動信号を生成するＰＷＭ制御回路と、
   を含み、
   前記駆動制御回路は、前記温度センサで検出された検出対象温度が所定の第１の閾値を超えたときには前記コイル列に供給する駆動電圧の実効値を低減させ、前記検出対象温度が高くなるほど前記実効値の低減幅が大きくなるように前記駆動電圧を調整し、前記検出対象温度が前記第１の閾値よりも大きな所定の第２の閾値を超えたときには前記コイル列への駆動電圧の供給を停止する、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、
   前記波形信号生成部は、前記温度監視信号のみでなく、外部から与えられるブラシレスモータの動作電圧の指令値にも基づいて前記波形信号の振幅を設定する、ブラシレスモータ。
3. 請求項１又は２に記載のブラシレスモータであって、
   前記温度センサは、前記駆動素子が実装されたパワー半導体素子内に含まれている、ブラシレスモータ。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載のブラシレスモータであって、
   前記温度センサは、前記駆動素子に設けられた放熱部材に設置されている、ブラシレスモータ。

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