專利名稱：無刷電動機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用了永久磁鐵和電磁線圈的無刷電動機(jī)。
背景技術(shù)：
在電動機(jī)行業(yè)中，把一相電動機(jī)和兩相電動機(jī)統(tǒng)稱為"單相電動機(jī)"。 但是，在以下的說明中，"單相電動機(jī)"只表示一相電動機(jī)，不包括兩相 電動機(jī)。
作為采用了永久磁鐵和電磁線圈的無刷電動機(jī)，已經(jīng)公知有例如下 述專利文獻(xiàn)l記載的電動機(jī)。
專利文獻(xiàn)1日本特開2001—298982號公報
在該現(xiàn)有技術(shù)的無刷電動機(jī)中，使用來自數(shù)字磁傳感器的接通/斷開 信號進(jìn)行控制。具體地講，使用數(shù)字磁傳感器的接通/斷開信號，確定對 電磁線圈的施加電壓的極性反轉(zhuǎn)的定時。并且，使用三相驅(qū)動信號作為 驅(qū)動信號。
以往，期望提高包括無刷電動機(jī)的各種電動機(jī)的效率。但是，根據(jù)
長年以來對電動機(jī)的改進(jìn)結(jié)果，近年來發(fā)現(xiàn)提高電動機(jī)效率的新的思路 已經(jīng)非常困難。
關(guān)于無刷電動機(jī)還存在以下問題。即，在以往的無刷電動機(jī)中使用 兩相以上的驅(qū)動信號，不存在使用單相驅(qū)動信號的電動機(jī)。其原因涉及 到以下說明的單相電動機(jī)的起動特性。
單相電動機(jī)具有當(dāng)其停止在永久磁鐵和線圈正對的位置時不能起動 的特性。該位置被稱為"死鎖點(diǎn)"或"死點(diǎn)"。因此，在普通的單相電動機(jī)中， 為了可靠進(jìn)行起動，采用設(shè)置輔助繞組使僅在起動時向輔助繞組流過電 流并起動的起動方法。并且，在某種單相電動機(jī)中，為了使主繞組和輔 助繞組的相位錯位而采用電容器。另一方面，在普通的無刷電動機(jī)中，采用所謂的反相驅(qū)動。但是， 在采用反相驅(qū)動來起動單相電動機(jī)時，在起動時輔助繞組和電容器流過 較大的電流，所以產(chǎn)生開關(guān)元件和電容器容易破損的問題。這樣，以往 存在難以將單相電動機(jī)構(gòu)成為無刷電動機(jī)的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于，提供一種提高電動機(jī)效率的技術(shù)。并且， 本發(fā)明的第二目的在于，提供一種沒有輔助繞組也能夠起動且沒有死鎖 點(diǎn)的單相無刷電動機(jī)。
為了達(dá)到上述目的的至少一部分，本發(fā)明的一個方式的無刷電動機(jī) 的特征在于，具有
第1驅(qū)動部件，其包括分別具有N個(N為1以上的整數(shù))電磁線 圈的M相(M為1以上的整數(shù))線圈組；
第2驅(qū)動部件，其具有多個永久磁鐵，可以相對所述第1驅(qū)動部件 進(jìn)行相對移動；
磁傳感器，其設(shè)于所述第1驅(qū)動部件上，檢測所述永久磁鐵和所述
電磁線圈的相對位置；以及
驅(qū)動控制電路，其利用所述磁傳感器的輸出信號，生成用于驅(qū)動所 述電磁線圈的施加電壓，
所述第1驅(qū)動部件具有2 (MxN)個磁性體鐵芯，
各相電磁線圈被纏繞在從所述2 (MxN)個磁性體鐵芯的排列中以1 個/2M個的比例有規(guī)則地選擇出的磁性體鐵芯上。
根據(jù)該無刷電動機(jī)，電磁線圈被纏繞在從2 (MxN)個磁性體鐵芯 的排列中以1個/2M個的比例有規(guī)則地選擇出的磁性體鐵芯上，所以能 夠減少電磁線圈的數(shù)量，能夠降低電磁線圈造成的銅損失，從而提高效 率。并且，在沒有纏繞電磁線圈的磁性體鐵芯上，也以相當(dāng)大的密度產(chǎn) 生與纏繞有電磁線圈的磁性體鐵芯上產(chǎn)生的磁通方向相反的磁通，所以 不會過度降低電動機(jī)的輸出。
也可以是所述無刷電動機(jī)是所述整數(shù)N為2以上、所述整數(shù)M等于1的單相無刷電動機(jī)，所述第1驅(qū)動部件具有用于限制停止位置的磁性部 件，所述磁性部件構(gòu)成為在所述無刷電動機(jī)停止時，所述磁性部件被所 述永久磁鐵吸引，從而各個永久磁鐵的中心停止在偏離各個磁性體鐵芯 的中心的位置。
根據(jù)該無刷電動機(jī)，設(shè)于第1驅(qū)動部件上的磁性部件的結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì) 成在無刷電動機(jī)停止時磁性部件被磁鐵列吸引，從而各個永久磁鐵的中 心停止在偏離各個磁性體鐵芯的中心的位置，所以停止位置不會成為死 鎖點(diǎn)。因此，沒有輔助繞組也能夠起動。
在所述無刷電動機(jī)中，也可以是所述磁性部件設(shè)在各個電磁線圈上， 各個磁性部件的至少一部分在所述無刷電動機(jī)停止時，配置在各個電磁 線圈和各個永久磁鐵之間。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，磁性部件設(shè)在各個電磁線圈上，所以容易取得整個 線圈列的重量平衡。并且，各個磁性部件的至少一部分配置在各個電磁 線圈和各個永久磁鐵之間，所以能夠利用數(shù)量較少的磁性部件實(shí)現(xiàn)所期 望的停止位置。
并且，在所述無刷電動機(jī)中，也可以是各個磁性部件與所述磁性體 鐵芯構(gòu)成為一體。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在無刷電動機(jī)停止時，磁性部件和磁性體鐵芯雙方 被永久磁鐵吸引，從而可以實(shí)現(xiàn)各個永久磁鐵的中心停止在偏離各個磁 性體鐵芯的中心的位置的電動機(jī)。
也可以是所述磁傳感器是根據(jù)所述永久磁鐵和所述電磁線圈的相對 位置，輸出表示模擬變化的輸出信號的傳感器。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠利用磁傳感器的模擬變化有效驅(qū)動電動機(jī)。
并且，在所述無刷電動機(jī)中，也可以是所述驅(qū)動控制電路包括PWM 控制電路，所述PWM控制電路通過執(zhí)行利用了所述磁傳感器的輸出信 號的模擬變化的PWM控制，生成所述驅(qū)動信號。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以利用形狀接近線圈列的反向電動勢波形的驅(qū)動 信號驅(qū)動電動機(jī)，所以能夠提高電動機(jī)效率。
另外，本發(fā)明能夠以各種方式實(shí)現(xiàn)，例如能夠以無刷電動機(jī)及其控制方法(或驅(qū)動方法)、使用它們的制動器等形式實(shí)現(xiàn)。


圖1是表示實(shí)施例的電動電動機(jī)的電動機(jī)主體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2是表示實(shí)施例和比較例的定子部的磁通密度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的說明圖。
圖3是表示磁鐵列和線圈列的位置關(guān)系、以及磁傳感器輸出和線圈
的反向電動勢波形的關(guān)系的說明圖。
圖4是表示線圈的施加電壓和反向電動勢的關(guān)系的示意圖。
圖5是表示電動機(jī)的正轉(zhuǎn)動作狀態(tài)的說明圖。
圖6是表示電動機(jī)的逆轉(zhuǎn)動作狀態(tài)的說明圖。
圖7是表示電動機(jī)的移動方向的控制步驟的流程圖。
圖8是表示磁軛20的各種具體結(jié)構(gòu)示例的說明圖。
圖9是表示實(shí)施例的電動機(jī)的驅(qū)動控制電路的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖IO是表示驅(qū)動器電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是表示線圈的各種纏繞方式的說明圖。
圖12是表示驅(qū)動信號生成部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及動作的說明圖。
圖13是表示傳感器輸出波形和驅(qū)動信號波形的對應(yīng)關(guān)系的說明圖。
圖14是表示PWM部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。
圖15是表示電動機(jī)正轉(zhuǎn)時的PWM部的動作的時序圖。
圖16是表示電動機(jī)逆轉(zhuǎn)時的PWM部的動作的時序圖。
圖17是表示勵磁區(qū)間設(shè)定部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及動作的說明圖。
圖18是對比表示利用矩形波驅(qū)動實(shí)施例的電動機(jī)時和利用正弦波
驅(qū)動實(shí)施例的電動機(jī)時的各種信號波形的說明圖。
圖19是對比表示以往的兩相電動機(jī)和實(shí)施例的單相電動機(jī)的接線
狀態(tài)及動作的說明圖。
圖20是對比表示以往的電動機(jī)和實(shí)施例的電動機(jī)的特性的說明圖。 圖21是表示電動機(jī)主體的另一個結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖22是表示電動機(jī)主體的另一個結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖23是表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例的三相無刷電動機(jī)的結(jié)構(gòu)概況 的說明圖。
圖24是表示使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)的投影儀的說明圖。
圖25是表示使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)的燃料電池式手機(jī)的說明圖。
圖26是表示作為使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的移動體的一 例的電動自行車(電動助力自行車)的說明圖。
圖27是表示使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)的機(jī)器人的一例的說明圖。 符號說明
IO定子部；11 14電磁線圈；20磁軛；21板狀部件(定位部件)； 22鐵芯部件(磁性體鐵芯)；30轉(zhuǎn)子部；31 34永久磁鐵；36磁軛；40 磁傳感器；42霍爾元件；44偏置調(diào)節(jié)部；46增益調(diào)節(jié)部；100電動機(jī)主 體；102殼體；112旋轉(zhuǎn)軸；114軸承部；120電路基板；200驅(qū)動控制電 路；220 CPU; 240驅(qū)動信號生成部；250驅(qū)動器電路；510基礎(chǔ)時鐘生
成電路；520分頻器；530 PWM部；531計(jì)數(shù)器；533 EXOR電路；535 驅(qū)動波形形成部；540寄存器；550乘法器；560乘法器；560編碼部； 570AD轉(zhuǎn)換部；580寄存器；590勵磁區(qū)間設(shè)定部；592電子可變電阻器； 594、 596電壓比較器；598 OR電路；600投影儀；610R、 610G、 610B 光源；640R、 640G、 640B液晶光閥；650分光合色棱鏡(cross dichroic prism); 660投影透鏡系統(tǒng)；670冷卻風(fēng)扇；680控制部；700手機(jī);710 MPU; 720風(fēng)扇；730燃料電池；800電動自行車(電動助力自行車)；810電動 機(jī)；820控制電路；830充電電池；900機(jī)器人；910操作臂；920操作臂； 930電動機(jī)；IOOO線性電動機(jī)；IIOO固定導(dǎo)向部；1110永久磁鐵；1120 導(dǎo)軌；1140軸承部；1200移動部；1210電磁線圈；1220磁軛；1250驅(qū) 動控制部。
具體實(shí)施例方式
下面，按照以下順序說明本發(fā)明的實(shí)施方式。 A.電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及動作的概況B. 驅(qū)動控制電路的結(jié)構(gòu)
C. 電動機(jī)結(jié)構(gòu)的另一個實(shí)施例
D. 變形例
A.電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及動作的概況-
圖1 (A)、 1 (B)是表示作為本發(fā)明的一個實(shí)施例的單相無刷電動 機(jī)的電動機(jī)主體結(jié)構(gòu)的剖視圖。該電動機(jī)主體100具有外形分別大致為 圓筒狀的定子部10和轉(zhuǎn)子部30。定子部10具有大致排列成十字狀的4 個磁軛20。各個磁軛20利用磁性體材料構(gòu)成，具有鐵芯部件22和用于 限制電動機(jī)的停止位置的部件21 (也稱為"定位部件")。關(guān)于磁軛20的 具體形狀將在后面敘述。在對置的兩個磁軛20的鐵芯部件22的周圍纏 繞著電磁線圈12、 14，在其他兩個磁軛20上不纏繞電磁線圈。換言之， 電磁線圈以1個/2個的比例被纏繞在磁軛20上。在位于下方的兩個磁軛 20之間的中央位置配置有磁傳感器40。磁傳感器40用于檢測轉(zhuǎn)子部30 的位置(即電動機(jī)的相位)。線圈12、 14和磁傳感器40被固定在電路基 板120 (圖l (B))上。電路基板120被固定在殼體102上。另外，殼體 102的蓋被省略圖示。
轉(zhuǎn)子部30具有4個永久磁鐵31 34，轉(zhuǎn)子部30的中心軸構(gòu)成旋轉(zhuǎn) 軸112。該旋轉(zhuǎn)軸112由軸承部114 (圖1 (B))支撐著。各個磁鐵的磁 化方向?yàn)閺男D(zhuǎn)軸112呈放射狀朝向外側(cè)的方向。在磁鐵31 34的外圓 周上設(shè)有磁軛36。但是，該磁軛36也可以省略。
圖2是表示實(shí)施例和比較例的定子部的磁通密度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的說明 圖。圖2 (A)表示圖1所示的實(shí)施例的定子部10，圖2 (B)表示比較 例的定子部10a。在比較例的定子部10a中，在4個磁軛20的鐵芯部件 22的周圍分別纏繞著電磁線圈11 14。針對該實(shí)施例和比較例，分別在 4個磁軛20的外圓周位置PA PD測定了磁通密度。如圖2 (A)、 (B) 的下部所示，在沒有纏繞電磁線圈的磁軛中測定的磁通密度，大約是在 纏繞有電磁線圈的磁軛中測定的磁通密度的2/3。因此，可確認(rèn)即使對磁 軛(即磁性體鐵芯)以1個/2個的比例纏繞電磁線圈，在剩余的磁軛上 不纏繞電磁線圈，在后者的磁軛上也會獲得相當(dāng)大的磁通密度。這估計(jì)是因?yàn)槿鐖D2 (C)中箭頭所示，利用4個磁軛20構(gòu)成磁性電路。
可是，電磁線圈是產(chǎn)生驅(qū)動力所必須的，而另一方面又成為產(chǎn)生銅 損失的原因、以及重量增加和成本增加的原因。因此，在該實(shí)施例中， 在一部分鐵芯部件上不纏繞電磁線圈，由此減小銅損失等負(fù)面因素，提 高電動機(jī)效率。
圖3是表示磁鐵列和線圈列的位置關(guān)系、以及磁傳感器輸出和線圈 的反向電動勢波形的關(guān)系的說明圖。如圖3 (A)所示，4個磁鐵31 34 以固定的磁極間距Pm配置，相鄰的磁鐵彼此在相反方向被磁化。并且， 磁軛20 (鐵芯部件22和定位部件21)以固定間距Pc配置。如圖2 (B) 中的比較例所示，在所有鐵芯部件上纏繞有線圈的情況下，相鄰的磁鐵 彼此在相反方向(即以相位差ti)被勵磁。但是，在該實(shí)施例中，以l個 /2個的比例在線圈部件上纏繞線圈12、 14，所以這兩個線圈12、 14在相 同方向(即以相同相位)被勵磁。在該實(shí)施例中，磁極間距Pm與鐵芯部 件22的間距Pc相等，相當(dāng)于電氣角的Ti。另夕卜，電氣角的27i對應(yīng)于驅(qū)動 信號的相位變化2兀時移動的機(jī)械角度或距離。在該實(shí)施例中，在驅(qū)動信 號的相位變化2兀時，轉(zhuǎn)子部30移動磁極間距Pm的2倍。
如上所述，兩個線圈12、 14被以同一相位的驅(qū)動信號驅(qū)動。因此， 該實(shí)施例的電動機(jī)的驅(qū)動方法是單相驅(qū)動。但是，在電動機(jī)的驅(qū)動方法 中，利用相位偏移180度(=tO的兩個驅(qū)動信號驅(qū)動的線圈，被視為屬 于相同相位的情況居多。因此，所有線圈只利用一種驅(qū)動信號驅(qū)動的電
動機(jī)、和所有線圈利用相位差為7c的兩種驅(qū)動信號驅(qū)動的電動機(jī)，都可以
認(rèn)為是單相電動機(jī)?；谶@種意義，圖2 (B)所示的比較例也可以用作 單相無刷電動機(jī)用的定子。
圖3 (A)表示電動機(jī)停止時的磁鐵31 34和線圈12、 14的位置關(guān) 系。在該實(shí)施例的電動機(jī)中，各個磁軛20的定位部件21被設(shè)置于在轉(zhuǎn) 子部30的正轉(zhuǎn)方向略微偏離各個線圈的中心(鐵芯部件22的中心)的 位置。在電動機(jī)停止時，各個磁軛20被磁鐵31 34吸引，轉(zhuǎn)子部30停 止在定位部件21正對各個磁鐵31 34的中心的位置。結(jié)果，電動機(jī)停 止在各個線圈12、 14的中心偏離磁鐵(在圖3 (A)的示例中為磁鐵32、34)的中心的位置。并且，此時磁傳感器40也位于略微偏離相鄰磁鐵的 交界的位置。該停止位置的相位是ct。相位oc例如可以設(shè)定為不是零的任 意值。例如，可以把相位oc設(shè)為接近零的較小值(例如大約5度 10度)， 并且也可以設(shè)為接近90度的值。
圖3 (B)表示產(chǎn)生于線圈的反向電動勢的波形的示例，圖3 (C) 表示磁傳感器40的輸出波形的示例。磁傳感器40可以產(chǎn)生與電動機(jī)運(yùn) 轉(zhuǎn)時的線圈的反向電動勢大致相似形狀的傳感器輸出SSA。但是，磁傳 感器40的輸出SSA表示在電動機(jī)停止時也不是零的值(相位是7i的整數(shù) 倍時除外)。另外，線圈的反向電動勢具有與電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)數(shù)一起上升的 趨勢，但波形形狀(正弦波)被保持為大致相似形狀。磁傳感器40可以 采用例如利用了霍爾效應(yīng)的霍爾IC。在該示例中，傳感器輸出SSA和反 向電動勢Ec都是正弦波或接近正弦波的波形。如后所述，該電動機(jī)的驅(qū) 動控制電路使用傳感器輸出SSA，向各個線圈12、 14施加與反向電動勢 Ec大致相似波形的電壓。
可是，電動電動機(jī)發(fā)揮互相轉(zhuǎn)換機(jī)械能和電能的能量轉(zhuǎn)換裝置的作 用。并且，線圈的反向電動勢用于將電動電動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。 因此，在把施加給線圈的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能時(即驅(qū)動電動機(jī)時)，通過 施加與反向電動勢相似波形的電壓，可以最有效地驅(qū)動電動機(jī)。另外， 如以下說明的那樣，"與反向電動勢相似波形的電壓"是指產(chǎn)生與反向電 動勢方向相反的電流的電壓。
圖4是表示線圈的施加電壓和反向電動勢的關(guān)系的示意圖。在此， 線圈利用反向電動勢Ec和電阻進(jìn)行模擬。并且，在該電路中，與施加電 壓E1和線圈并聯(lián)連接有電壓表V。在向線圈施加電壓E1而驅(qū)動電動機(jī) 時，在流過與施加電壓E1方向相反的電流的方向產(chǎn)生反向電動勢Ec。 在電動機(jī)正在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下斷開開關(guān)SW時，可以利用電壓表V測定反 向電動勢Ec。在斷開開關(guān)SW的狀態(tài)下測定的反向電動勢Ec的極性，是 與在閉合開關(guān)SW的狀態(tài)下測定的施加電壓E1相同的極性。在以上的說 明中，語句"施加與反向電動勢大致相似波形的電壓"，是指施加具有與 這樣利用電壓表V測定出的反向電動勢Ec相同的極性、并具有大致相似形狀的波形的電壓。如上所述，在驅(qū)動電動機(jī)時，通過施加與反向電動勢相似波形的電 壓，可以最有效地驅(qū)動電動機(jī)。另外，可以理解為在正弦波狀反向電動 勢波形的中位點(diǎn)附近(電壓0的附近)，能量轉(zhuǎn)換效率較低，相反在反向 電動勢波形的峰值附近，能量轉(zhuǎn)換效率較高。在施加與反向電動勢相似 波形的電壓而驅(qū)動電動機(jī)時，在能量轉(zhuǎn)換效率較高的期間施加較高的電 壓，所以電動機(jī)效率提高。另一方面，例如在利用單純的矩形波驅(qū)動電 動機(jī)時，即使在反向電動勢大致為零的位置(中位點(diǎn))附近，也被施加 相當(dāng)大的電壓，所以電動機(jī)效率降低。并且，如果在這樣能量轉(zhuǎn)換效率 較低的期間施加電壓，則由于渦電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向以外的方向的振動， 由此產(chǎn)生發(fā)生噪聲的問題。根據(jù)以上說明可以理解，如果施加與反向電動勢相似波形的電壓而 驅(qū)動電動機(jī)，則具有可以提高電動機(jī)效率，并可以降低振動和噪聲的優(yōu) 點(diǎn)。圖5 (A) (E)是表示電動機(jī)主體100的正轉(zhuǎn)動作狀態(tài)的說明圖。 圖5 (A)表示停止時的磁鐵31 34和線圈12、 14的位置關(guān)系，是與圖 3 (A)相同的圖。如果在圖5 (A)所示的狀態(tài)下勵磁線圈12、 14，則 在線圈12、 14 (或磁軛20)和磁鐵31 34之間產(chǎn)生利用虛線箭頭表示 的反作用力。結(jié)果，轉(zhuǎn)子部30在正轉(zhuǎn)方向(圖中的右向)起動。另外， 從磁軛20朝向磁鐵的反作用力是由于在圖2中說明的各個磁軛的磁通密 度而產(chǎn)生的。另外，在磁軛20和磁鐵31 34之間產(chǎn)生磁鐵的磁力造成 的吸引力，但在圖5中省略圖示。圖5 (B)表示相位前進(jìn)到兀/2的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，產(chǎn)生吸引力(實(shí) 線箭頭)和反作用力(虛線箭頭)，產(chǎn)生較大的驅(qū)動力。圖5 (C)表示 相位前進(jìn)到(兀一a)的狀態(tài)。在相位成為兀的定時，線圈的勵磁方向反轉(zhuǎn)， 成為圖5 (D)所示的狀態(tài)。在圖5 (D)所示的狀態(tài)的附近電動機(jī)停止 時，如圖5 (E)所示，轉(zhuǎn)子部30停止在磁軛20被各個磁鐵31 34吸引 的位置。該位置是相位為(Ti + a)的位置。這樣，可以理解為該實(shí)施例 的電動機(jī)停止在相位為a:tim (n為整數(shù))的位置。圖6 (A) (E)是表示電動機(jī)主體100的逆轉(zhuǎn)動作狀態(tài)的說明圖。 圖6 (A)表示停止時的狀態(tài)，與圖5 (A)相同。為了從該停止?fàn)顟B(tài)下 逆轉(zhuǎn)，在與圖5 (A)相反的方向勵磁線圈12、 14時，吸引力(未圖示) 作用于磁鐵31 34和線圈12、 14 (或磁軛20)之間。該吸引力在使轉(zhuǎn) 子部30逆轉(zhuǎn)的方向起作用。但是，由于該吸引力相當(dāng)微弱，所以有時不 能克服磁鐵31 34和磁軛20之間的吸引力而使轉(zhuǎn)子部30逆轉(zhuǎn)。因此，在該實(shí)施例中，在進(jìn)行逆轉(zhuǎn)動作時，在起動時按照圖6 (A) 所示使在正轉(zhuǎn)方向動作。并且，在轉(zhuǎn)子部30旋轉(zhuǎn)預(yù)定量后(例如相位前 進(jìn)約Ti/2時)，按照圖6 (B)所示使驅(qū)動信號反轉(zhuǎn)而開始逆轉(zhuǎn)動作。這樣， 轉(zhuǎn)子部30暫且開始逆轉(zhuǎn)，然后可以借助轉(zhuǎn)子部30的慣性通過最初的停 止位置(相位二a)(圖6 (C))。然后，在相位成為零的定時，線圈的勵 磁方向逆轉(zhuǎn)。圖6 (D)表示相位是一ti/2的狀態(tài)，圖6 (E)表示相位是 一7i+a的狀態(tài)。當(dāng)電動機(jī)停止在圖6 (E)所示的狀態(tài)的附近時，轉(zhuǎn)子部 30停止在磁軛20被各個磁鐵31 34吸引的位置(相位-一7i+oc)。圖7是表示電動機(jī)的移動方向的控制步驟的流程圖。該步驟通過后 面敘述的驅(qū)動控制電路執(zhí)行。在步驟S10中，首先正向開始驅(qū)動控制。 在步驟S20中，判斷作為目的的移動方向是否是正向。另外，移動方向 在步驟S10之前由操作員輸入到驅(qū)動控制電路。在作為目的的移動方向 是正向時，直接繼續(xù)正向的驅(qū)動控制。另一方面，在作為目的的移動方 向是反向時，在步驟S30中，待機(jī)到應(yīng)該逆轉(zhuǎn)的預(yù)定定時。并且，在到 達(dá)應(yīng)該逆轉(zhuǎn)的定時后，在步驟S40中，開始反向的驅(qū)動控制。如上所述，在該實(shí)施例的電動機(jī)中，電動機(jī)停止在相位是atn:i (a 是非零和mi的預(yù)定值，n為整數(shù))的位置，所以不會產(chǎn)生死鎖點(diǎn)。因此， 不需要起動線圈即可正常起動。并且，在該實(shí)施例的電動機(jī)中，在從停 止?fàn)顟B(tài)正轉(zhuǎn)預(yù)定量后逆轉(zhuǎn)，由此可以實(shí)現(xiàn)逆轉(zhuǎn)動作。另外，在停止時的 相位a被設(shè)定為接近90度的值時，在起動時可以逆轉(zhuǎn)而不正轉(zhuǎn)。特別在 以使電動機(jī)停止在00 = 71/2的位置的方式構(gòu)成磁軛時，電動機(jī)停止在反向 電動勢的峰值位置，所以能夠利用較強(qiáng)的力在正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)雙方起動電動 機(jī)。圖8是表示磁軛20的各種具體結(jié)構(gòu)示例的說明圖。在這些附圖中， 帶斜線的部分是構(gòu)成磁軛的磁性部件。另外，優(yōu)選磁軛20利用強(qiáng)磁性體 形成。圖8 (A)所示的第1磁軛20a具有配置在線圈12和磁鐵31 34 之間的板狀部件21、和用于提高磁通密度的線圈部件22。板狀部件21 形成為左右不均衡的形狀，作為限制電動機(jī)的停止位置的定位部件發(fā)揮 作用。即，在具有定位部件21的磁軛20a被磁鐵吸引時，可以使電動機(jī) 停止在線圈中心偏離磁鐵中心的位置。圖8 (B)所示的第2磁軛20b具 有設(shè)于鐵芯部件22兩側(cè)的板狀部件21b、 23b。位于磁鐵側(cè)的第1板狀部 件21b左右均等，但位于相反側(cè)的第2板狀部件23b由于在從其中央略 微偏向左側(cè)的位置設(shè)有凹部，所以成為左右不均衡的形狀。在該示例中， 第2板狀部件23b發(fā)揮定位部件的作用。圖8 (C)所示的第3磁軛20c 也具有設(shè)于鐵芯部件22兩側(cè)的板狀部件21c、 23c。在該示例中，位于磁 鐵側(cè)的第1板狀部件21c具有左右不均衡的凸?fàn)钚螤睿挥谙喾磦?cè)的第2 板狀部件23b具有左右均等的形狀。因此，在該示例中，第l板狀部件 21c發(fā)揮定位部件的作用。圖8 (D)所示的第4磁軛20d是根據(jù)圖7(D) 所示的磁軛將鐵芯部件22d變更為左右不均衡的結(jié)構(gòu)而形成的。在該示 例中，鐵芯部件22d和第l板狀部件21c發(fā)揮定位部件的作用。另夕卜，在圖8 (B)、 (D)所示的磁軛20b、 20d中，板狀部件21b、 21c (位于線圈和磁鐵之間的部分)以外的部分成為相對電動機(jī)的動作方 向(左右方向)不均衡的形狀，所以在這些磁軛20b、 20d中也可以省略 板狀部件21b、 21c。但是，如果設(shè)置位于線圈和磁鐵之間的部分21b、 21c，則可以利用數(shù)量較少的磁性部件實(shí)現(xiàn)所期望的停止位置。這樣，設(shè)于各個線圈的磁軛可以構(gòu)成為具有以下效果的各種形狀， 即，在電動機(jī)停止時磁軛被磁鐵列吸引，從而各個永久磁鐵的中心停止 在偏離各個電磁線圈的中心(即鐵芯部件的中心)的位置。B.驅(qū)動控制電路的結(jié)構(gòu)圖9 (A)是表示該實(shí)施例的無刷電動機(jī)的驅(qū)動控制電路的結(jié)構(gòu)的框 圖。驅(qū)動控制電路200具有CPU220、驅(qū)動信號生成部240和驅(qū)動器電路 250。驅(qū)動信號生成部240根據(jù)電動機(jī)主體100內(nèi)的磁傳感器40的輸出信號SSA，生成單相驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2。驅(qū)動器電路250按照該 單相驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2驅(qū)動電動機(jī)主體100內(nèi)的電磁線圈12、 14。圖9 (B)表示磁傳感器40的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例。該磁傳感器40具有 霍爾元件42、偏置調(diào)節(jié)部44和增益調(diào)節(jié)部46?；魻栐?2測定磁通密 度X。偏置調(diào)節(jié)部44向霍爾元件42的輸出X加上偏置值b，增益調(diào)節(jié) 部46用于乘以增益值a。磁傳感器40的輸出SSA (=Y)例如利用下面 的式(1)或式(2)表示。<formula>formula see original document page 15</formula> ……(1)<formula>formula see original document page 15</formula> ……(2)磁傳感器40的增益值a和偏置值b通過CPU220在磁傳感器40內(nèi) 部設(shè)定。通過將增益值a和偏置值b設(shè)定為合適的^:，可以將傳感器輸 出SSA校正為優(yōu)選的波形形狀。圖10表示驅(qū)動器電路250的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。該驅(qū)動器電路250是H型橋 式電路，根據(jù)交流單相驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2驅(qū)動線圈12、 14。帶 有標(biāo)記IA1、 IA2的箭頭分別表示根據(jù)單相驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2而 流過的電流方向。圖11表示電磁線圈12、 14的各種纏繞方式。在該示例中，纏繞成 兩個線圈12、 14總是在相同方向被勵磁。圖12是表示驅(qū)動信號生成部240 (圖9 (A))的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及動作的 說明圖。驅(qū)動信號生成部240具有基礎(chǔ)時鐘生成電路510、 1/N分頻器520、 PWM部530、正反方向指示值寄存器540、乘法器550、編碼部560、 AD 轉(zhuǎn)換部570、電壓指令值寄存器580和勵磁區(qū)間設(shè)定部590?；A(chǔ)時鐘生成電路510是產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的時鐘信號PCL的電 路，例如利用PLL電路構(gòu)成。分頻器520產(chǎn)生具有該時鐘信號PCL的1/N 頻率的時鐘信號SDC。 N的值被設(shè)定為預(yù)定的固定值。該N的值預(yù)先通 過CPU220對分頻器520設(shè)定。PWM部530根據(jù)時鐘信號PCL、 SDC、 由乘法器550提供的乘法值Ma、由正反方向指示值寄存器540提供的正 反方向指示值RI、由編碼部560提供的正負(fù)符號信號Pa、和由勵磁區(qū)間設(shè)定部590提供的勵磁區(qū)間信號Ea，生成交流單相驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2 (圖9 (A))。關(guān)于該動作將在后面敘述。在正反方向指示值寄存器540內(nèi)，通過CPU220設(shè)定表示電動機(jī)旋 轉(zhuǎn)方向的值RI。在該實(shí)施例中，在正反方向指示值RI為低電平時電動禾幾 正轉(zhuǎn)，在為高電平時電動機(jī)逆轉(zhuǎn)。提供給PWM部530的其他信號Ma、 Pa、 Ea如下所述確定。磁傳感器40的輸出SSA提供給AD轉(zhuǎn)換部570。該傳感器輸出SSA 的范圍例如是從GND (接地電位)到VDD (電源電壓)，其中位點(diǎn)(= VDD/2)是輸出波形的中位點(diǎn)(通過正線波的原點(diǎn)的點(diǎn))。AD轉(zhuǎn)換部570 對該傳感器輸出SSA進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，生成傳感器輸出的數(shù)字值。AD轉(zhuǎn) 換部570的輸出的范圍例如是FFh Oh (末尾的"h"表示十六進(jìn)制數(shù))，中 央值80h相當(dāng)于傳感器波形的中位點(diǎn)。編碼部560轉(zhuǎn)換AD轉(zhuǎn)換后的傳感器輸出值的范圍，將傳感器輸出 值的中位點(diǎn)的值設(shè)定為0。結(jié)果，由編碼部560生成的傳感器輸出值Xa 取正側(cè)的預(yù)定范圍(例如+ 127 0)和負(fù)側(cè)的預(yù)定范圍(例如0~ —127) 的值。但是，由編碼部560提供給乘法器560的是傳感器輸出值Xa的絕 對值，其正負(fù)符號作為正負(fù)符號信號Pa提供給PWM部530。電壓指令值寄存器580存儲通過CPU220設(shè)定的電壓指令值Ya。該 電壓指令值Ya與后面敘述的勵磁區(qū)間信號Ea —起作為設(shè)定電動機(jī)的施 加電壓的值發(fā)揮作用，例如取0 1.0的值。假設(shè)以不設(shè)置非勵磁區(qū)間而 把全部區(qū)間作為勵磁區(qū)間的方式設(shè)定勵磁區(qū)間信號Ea時，Ya=0表示把 施加電壓設(shè)為零，Ya-1.0表示把施加電壓設(shè)為最大值。乘法器550把從 編碼部560輸出的傳感器輸出值Xa和電壓指令值Ya相乘后取整，把該 乘法值Ma提供給PWM部530。圖12 (B) 12 (E)表示乘法值Ma取各種值時的PWM部530的 動作。在此，假設(shè)全部期間是勵磁區(qū)間而沒有非勵磁區(qū)間。PWM部530 是在時鐘信號SDC的1周期期間產(chǎn)生一個占空比為Ma/N的脈沖的電路。 即，如圖12 (B) 12 (E)所示，隨著乘法值Ma增加，單相驅(qū)動信號 DRVA1、 DRVA2的脈沖的占空比增加。另外，第1驅(qū)動信號DRVA1是僅在傳感器輸出SSA為正時產(chǎn)生脈沖的信號，第2驅(qū)動信號DRVA2是 僅在傳感器輸出SSA為負(fù)時產(chǎn)生脈沖的信號，但在圖12 (B) 12 (E) 中將它們合并在一起進(jìn)行記述。并且，為了方便，把第2驅(qū)動信號DRVA2 描述成為負(fù)側(cè)脈沖。圖13 (A) 13 (C)是表示傳感器輸出波形和由PWM部530生成 的驅(qū)動信號波形的對應(yīng)關(guān)系的說明圖。圖中的"Hiz"是指把電磁線圈設(shè)為 未勵磁狀態(tài)的高阻抗?fàn)顟B(tài)。如在圖12中說明的那樣，單相驅(qū)動信號 DRVA1 、 DRVA2是通過使用了傳感器輸出SSA的模擬波形的PWM控制 而生成的。因此，使用這些單相驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2，可以向各個 線圈提供表示與傳感器輸出SSA的變化對應(yīng)的電平變化的有效電壓。PWM部530進(jìn)一步構(gòu)成為僅在由勵磁區(qū)間設(shè)定部590提供的勵磁區(qū) 間信號Ea表示的勵磁區(qū)間輸出驅(qū)動信號，在勵磁區(qū)間以外的區(qū)間(非勵 磁區(qū)間)不輸出驅(qū)動信號。圖13 (C)表示根據(jù)勵磁區(qū)間信號Ea設(shè)定勵 磁區(qū)間EP和非勵磁區(qū)間NEP時的驅(qū)動信號波形。在勵磁區(qū)間EP中直接 產(chǎn)生圖13 (B)的驅(qū)動信號脈沖，在非勵磁區(qū)間NEP中不產(chǎn)生驅(qū)動信號 脈沖。如果這樣設(shè)定勵磁區(qū)間EP和非勵磁區(qū)間NEP，則不會在反向電動 勢波形的中位點(diǎn)附近(即傳感器輸出的中位點(diǎn)附近)對線圈施加電壓， 所以能夠進(jìn)一步提高電動機(jī)效率。另外，優(yōu)選勵磁區(qū)間EP被設(shè)定為把反 向電動勢波形的峰值作為中心的對稱區(qū)間，優(yōu)選非勵磁區(qū)間NEP被設(shè)定 為把反向電動勢波形的中位點(diǎn)(中心點(diǎn))作為中心的對稱區(qū)間。另外，如前所述，如果將電壓指令值Ya設(shè)定為小于l的值，則乘法 值Ma與電壓指令值Ya成比例地減小。因此，通過電壓指令值Ya也可 以調(diào)節(jié)有效的施加電壓。根據(jù)以上說明可以理解，在該實(shí)施例的電動機(jī)中，可以利用電壓指 令值Ya和勵磁區(qū)間信號Ea雙方來調(diào)節(jié)施加電壓。優(yōu)選將所期望的施加 電壓與電壓指令值Ya和勵磁區(qū)間信號Ea的關(guān)系，預(yù)先以表的形式存儲 在驅(qū)動控制電路200 (圖9 (A))內(nèi)的存儲器中。這樣，在驅(qū)動控制電路 200從外部接收到所期望的施加電壓的目標(biāo)值時，CPU220可以根據(jù)該目 標(biāo)值對驅(qū)動信號生成部240設(shè)定電壓指令值Ya和勵磁區(qū)間信號Ea。另外，施加電壓的調(diào)節(jié)也可以不使用電壓指令值Ya和勵磁區(qū)間信號Ea雙方， 而只利用其中任意一方。圖14是表示PWM部530 (圖12)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例的框圖。PWM 部530具有計(jì)數(shù)器531、 EXOR電路533和驅(qū)動波形形成部535。它們按 照下面所述動作。圖15是表示電動機(jī)正轉(zhuǎn)時的PWM部530的動作的時序圖。在該圖 中示出了兩個時鐘信號PCL、 SDC、正反方向指示值RI、勵磁區(qū)間信號 Ea、乘法值Ma、正負(fù)符號信號Pa、計(jì)數(shù)器531內(nèi)的計(jì)數(shù)值CM1、計(jì)數(shù) 器531的輸出Sl、 EXOR電路533的輸出S2、驅(qū)動波形形成部535的輸 出信號DRVA1、 DRVA2。計(jì)數(shù)器531在時鐘信號SDC的每個期間，與 時鐘信號PCL同步地重復(fù)將計(jì)數(shù)值CM1遞減到0的動作。計(jì)數(shù)值CM1 的初始值被設(shè)定為乘法值Ma。另外，在圖15中，為了便于圖示，對乘 法值Ma也描述了負(fù)值，但在計(jì)數(shù)器531中使用的是其絕對值lMal。計(jì) 數(shù)器531的輸出Sl在計(jì)數(shù)值CM1不是0時被設(shè)定為高電平，在計(jì)數(shù)值 CM1是O時下降為低電平。EXOR電路533輸出表示正負(fù)符號信號Pa和正反方向指示值RI的 異或值的信號S2。在電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，正反方向指示值RI為低電平。因此， EXOR電路533的輸出S2成為與正負(fù)符號信號Pa相同的信號。驅(qū)動波 形形成部535根據(jù)計(jì)數(shù)器531的輸出Sl和EXOR電路533的輸出S2， 生成驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2。即，把計(jì)數(shù)器531的輸出Sl中EXOR 電路533的輸出S2為低電平期間的信號，作為第1驅(qū)動信號DRVA1輸 出，把輸出S2為高電平期間的信號作為第2驅(qū)動信號DRVA2輸出。另 外，在圖15的右端部附近，勵磁區(qū)間信號Ea下降為低電平，由此設(shè)定 非勵磁區(qū)間NEP。因此，在該非勵磁區(qū)間NEP中不輸出任何驅(qū)動信號 DRVA1、 DRVA2而維持高阻抗?fàn)顟B(tài)。圖16是表示電動機(jī)逆轉(zhuǎn)時的PWM部530的動作的時序圖。在電動 機(jī)逆轉(zhuǎn)時，正反方向指示值RI被設(shè)定為高電平。結(jié)果，與圖15相比兩 個驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2相替換，結(jié)果可以理解為電動機(jī)逆轉(zhuǎn)。圖17是表示勵磁區(qū)間設(shè)定部590的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及動作的說明圖。勵磁區(qū)間設(shè)定部590具有電子可變電阻器592、電壓比較器594、 596和OR 電路598。電子可變電阻器592的電阻值Rv通過CPU220設(shè)定。電子可 變電阻器592的兩端電壓V1、 V2提供給電壓比較器594、 596的一個輸 入端子。傳感器輸出SSA提供給電壓比較器594、596的另一個輸入端子。 電壓比較器594、 596的輸出信號Sp、 Sn輸入OR電路598。 OR電路598 的輸出是用于區(qū)分勵磁區(qū)間和非勵磁區(qū)間的勵磁區(qū)間信號Ea。
圖17 (B)表示勵磁區(qū)間設(shè)定部590的動作。電子可變電阻器592 的兩端電壓VI、 V2通過調(diào)節(jié)電阻值Rv來變更。具體地講，兩端電壓 VI、 V2被設(shè)定為距電壓范圍的中央值(=VDD/2)的差值相等的值。在 傳感器輸出SSA高于第1電壓VI時，第1電壓比較器594的輸出Sp成 為高電平，而在傳感器輸出SSA低于第2電壓V2時，第2電壓比較器 596的輸出Sn成為高電平。勵磁區(qū)間信號Ea是取這些輸出信號Sp、 Sn 的邏輯和而得到的信號。因此，如圖17 (B)的下部所示，勵磁區(qū)間信 號Ea可以用作表示勵磁區(qū)間EP和非勵磁區(qū)間NEP的信號。勵磁區(qū)間 EP和非勵磁區(qū)間NEP的設(shè)定通過由CPU220調(diào)節(jié)可變電阻值Rv來進(jìn)行。
圖18對比表示利用矩形波驅(qū)動上述該實(shí)施例的電動機(jī)時和利用正 弦波驅(qū)動該實(shí)施例的電動機(jī)時的各種信號波形。在矩形波驅(qū)動時，矩形 波的驅(qū)動電壓提供給線圈。驅(qū)動電流在起動時接近矩形波，但在旋轉(zhuǎn)速 度上升時減小。這是因?yàn)榉聪螂妱觿蓦S著旋轉(zhuǎn)速度的上升而增加(圖3)。 但是，在矩形波驅(qū)動時，即使旋轉(zhuǎn)速度上升，切換驅(qū)動電壓的定時(相 位=1170附近的電流值也不怎么減小，具有流過相當(dāng)大的電流的趨勢。
另一方面，在正弦波驅(qū)動時，對驅(qū)動電壓進(jìn)行PWM控制，以使驅(qū) 動電壓的有效值成為正弦波形狀。驅(qū)動電流在起動時接近正弦波，但在 旋轉(zhuǎn)速度上升時，由于反向電動勢的影響，驅(qū)動電流減小。在正弦波驅(qū) 動時，在切換驅(qū)動電壓極性的定時(相位二rm)附近，電流值大幅減小。 如在圖3中說明的那樣， 一般在切換驅(qū)動電壓極性的定時附近，電動機(jī) 的能量轉(zhuǎn)換效率較低。在正弦波驅(qū)動時，效率較低期間的電流值將小于 矩形波驅(qū)動時的電流值，所以能夠以更高的效率驅(qū)動電動機(jī)。
圖19 (A)、 (B)是對比表示以往的兩相電動機(jī)和實(shí)施例的單相電動機(jī)的接線狀態(tài)及動作的說明圖。如圖19 (A)所示，在以往的兩相電動 機(jī)中，僅A相線圈CLa和B相線圈CLb中的任意一方被驅(qū)動，這些線 圈CLa、 CLb不會被同時驅(qū)動。另一方面，在實(shí)施例的單相電動機(jī)中， 如圖19 (B)所示，兩個A相線圈CLa被同時驅(qū)動。結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)效 率優(yōu)于以往的兩相電動機(jī)的電動機(jī)。并且，在實(shí)施例的單相電動機(jī)中， 利用PWM控制，生成具有與產(chǎn)生于電動機(jī)內(nèi)的線圈的反向電動勢相{以 的有效電壓的驅(qū)動信號，利用該驅(qū)動信號驅(qū)動線圈，所以效率進(jìn)一步提 高。另外，在使用具有與產(chǎn)生于電動機(jī)內(nèi)的線圈的反向電動勢相似的有 效電壓的驅(qū)動信號時，還具有電動機(jī)的噪聲和振動大幅降低的優(yōu)點(diǎn)。
圖20用于比較以往的兩相電動機(jī)和實(shí)施例的單相電動機(jī)的特性。在 這些測定中，兩相電動機(jī)和一相電動機(jī)使用相同的負(fù)荷(風(fēng)扇葉片)。在 兩相電動機(jī)中，在圖19所示的矩形波驅(qū)動下進(jìn)行測定。在一相電動機(jī)中， 在矩形波驅(qū)動和正弦波驅(qū)動下進(jìn)行測定。
根據(jù)圖20所示的表可以理解如下。
(1) 單相電動機(jī)的效果-
在比較矩形波驅(qū)動時，實(shí)施例的單相電動機(jī)的功耗由以往的兩相電 動機(jī)的功耗改善了約38X(旋轉(zhuǎn)數(shù)1800rpm) 約17X(旋轉(zhuǎn)數(shù)4000rpm)。
(2) 正弦波驅(qū)動的效果
實(shí)施例的單相電動機(jī)的正弦波驅(qū)動時的功耗相比矩形波驅(qū)動時的功 耗，改善了約17% (旋轉(zhuǎn)數(shù)1800rpm) 約28。Z (旋轉(zhuǎn)數(shù)4000rpm)。
(3) 綜合效果-
正弦波驅(qū)動的實(shí)施例的單相電動機(jī)的功耗，由矩形波驅(qū)動的以往的 兩相電動機(jī)的功耗改善了約49% (旋轉(zhuǎn)數(shù)1800rpm) 約40% (旋轉(zhuǎn)數(shù) 4000rpm)。
另外，以往使用的兩相風(fēng)扇電動機(jī)作為世界上的主力風(fēng)扇電動機(jī)的 驅(qū)動原理而在許多電子設(shè)備中被采用，但在該實(shí)施例的單相電動機(jī)中， 可以將其電能節(jié)約約40% 50%。因此，本發(fā)明的實(shí)施例的電動機(jī)是在 世界范圍內(nèi)也有效的技術(shù)，可以理解為是能夠充分應(yīng)對地球環(huán)境問題的 優(yōu)良技術(shù)。C.電動機(jī)結(jié)構(gòu)的另一個實(shí)施例-
圖21、圖22是表示電動機(jī)主體的另一個結(jié)構(gòu)例的剖視圖。另外， 在這些附圖中，對與圖1中的電動機(jī)主體100的部件對應(yīng)的部件賦予相 同符號。
圖21中的電動機(jī)主體100c將圖1所示的電動機(jī)主體100的磁軛和 磁鐵分別增加為6個，并且將電磁線圈增加為3個，其他結(jié)構(gòu)與圖1大 致相同。電磁線圈12以1個/2個的比例被纏繞在6個磁軛20上。在圖 21所示的電動機(jī)主體100c中，轉(zhuǎn)子部30以電氣角2兀旋轉(zhuǎn)120度。另外， 永久磁鐵的極數(shù)可以任意選擇。例如，與圖21所示的六極一相電動機(jī)相 同，可以構(gòu)成八極一相電動機(jī)。
另外，在圖6中說明的逆轉(zhuǎn)驅(qū)動時，在最初正轉(zhuǎn)預(yù)定量(在圖6中 約為電氣角兀/2)后逆轉(zhuǎn)，所以優(yōu)選該最初正轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)子部30的旋轉(zhuǎn)角度 盡可能小。從這種意義上講，相比圖1中的四極電動機(jī)，更優(yōu)選圖21中 的六極電動機(jī)。
圖22表示作為本發(fā)明的另一個實(shí)施例的線性電動機(jī)的結(jié)構(gòu)。該線性 電動機(jī)1000具有固定導(dǎo)向部1100和移動部1200。如圖22 (A)所示， 在固定導(dǎo)向部1100上沿著移動方向排列有多個永久磁鐵1110。移動部 1200構(gòu)成為在上下方向上夾持固定導(dǎo)向部1100，多個電磁線圈1210分 別在磁鐵列的上下對置設(shè)置。電磁線圈1210以1個/2個的比例被纏繞在 多個磁軛1220上。并且，在磁軛1220之間設(shè)有磁傳感器40。如圖22 (B) 所示，在移動部1200上設(shè)有驅(qū)動控制部1250。驅(qū)動控制部1250具有燃 料電池等獨(dú)立的電源裝置(省略圖示)。固定導(dǎo)向部1100設(shè)有引導(dǎo)移動 部1200的導(dǎo)軌1120。移動部1200由軸承部1140保持而可以沿導(dǎo)軌1120 滑動。本發(fā)明的實(shí)施例也可以作為這種線性電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
可是，在圖22的示例中，設(shè)有電磁線圈的第l部件移動，設(shè)有永久 磁鐵的第2部件被固定。這種關(guān)系與圖1、圖21所示的電動機(jī)結(jié)構(gòu)相反。 即> 在圖1所示的電動機(jī)中，設(shè)有電磁線圈的第1部件(定子部10)被 固定，設(shè)有永久磁鐵的第2部件(轉(zhuǎn)子部30)移動。根據(jù)這些示例可以 理解，本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)可以作為具有設(shè)有電磁線圈的第1部件(也稱為"第l驅(qū)動部件")和設(shè)有永久磁鐵的第2部件(也稱為"第2驅(qū)動部
件")，且兩者可以相對移動的各種電動機(jī)來實(shí)現(xiàn)。
另外，在上述圖21、圖22所示的各種單相無刷電動機(jī)中設(shè)有磁軛 (磁性體部件)，其構(gòu)成為在停止時永久磁鐵和電磁線圈的中心(即鐵芯 部件的中心)略微偏離地停止。因此，不會產(chǎn)生死鎖點(diǎn)，不設(shè)置起動線 圈即可使單相無刷電動機(jī)起動。并且，在想要使電動機(jī)反向動作時，最 初從停止?fàn)顟B(tài)正向驅(qū)動預(yù)定量后切換驅(qū)動信號的極性，由此能夠可靠地 反向動作。
圖23 (A)是表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例的三相無刷電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 概況的說明圖。在轉(zhuǎn)子部30上排列有多個磁鐵。在定子部10上設(shè)有包 括鐵芯部件22e和板狀部件21e的多個磁軛20e。利用3個磁軛20e構(gòu)成 的1組磁軛組20f，按照相當(dāng)于磁極間距Pm (N極和S極的間隔)的距 離配置。換言之，磁軛組20f彼此的間距與磁極間距Pm相等。在位于左 端的3個磁軛20e上順序纏繞著A相線圈11、 B相線圈12和C相線圈 13。在其后的3個磁軛20e上不纏繞線圈，再在其后的3個磁軛20e上 纏繞線圈11 13。這樣，在該三相電動機(jī)中，在磁軛20e (準(zhǔn)確地講是 鐵芯部件22e)上僅以l個/2個的比例纏繞電磁線圈。在這種結(jié)構(gòu)中，也 能夠?qū)崿F(xiàn)與圖1所示的單相電動機(jī)相同的充分高的效率。圖23 (B)表 示使B相線圈12的位置從圖23 (A)所示的位置移動后的狀態(tài)。在該示 例中，不僅對分配給A、 B、 C各相的磁軛在以l個/2個的比例有規(guī)則地 選擇出的磁軛上纏繞線圈，而且對所有磁軛都在以1個/2個的比例有規(guī) 則地選擇出的磁軛上纏繞線圈。在圖23 (B)的結(jié)構(gòu)中，相比圖23 (A) 的結(jié)構(gòu)，還具有重量平衡更加良好的優(yōu)點(diǎn)。
另外，在圖23的示例中，磁軛20e具有左右均等的形狀，所以在電 動機(jī)的停止位置鐵芯部件22e與磁鐵正對。其原因是該電動機(jī)是三相電 動機(jī)，所以不可能產(chǎn)生死鎖點(diǎn)。因此，可以省略板狀部件21e，磁軛20e 可以只具有鐵芯部件22e。
根據(jù)上述各個實(shí)施例可以理解，只在以1個/2個的比例有規(guī)則地選 擇出的鐵芯部件上纏繞電磁線圈的結(jié)構(gòu)，不限于單相電動機(jī)，也可以適用于任意相數(shù)M (M為1以上的整數(shù))的電動機(jī)。并且，各相的電磁線 圈可以設(shè)置任意數(shù)量N (N為1以上的整數(shù))。但是，優(yōu)選N為2以上。 并且， 一般優(yōu)選各相的電磁線圈被纏繞在從2 (MxN)個鐵芯部件(也 稱為"磁性體鐵芯")的排列中以1個/2M個的比例有規(guī)則地選擇出的鐵芯 部件上。這樣，可以在取得重量平衡的同時，使沒有纏繞線圈的鐵芯部 件也產(chǎn)生相當(dāng)大的磁通。 D.變形例
另外，本發(fā)明不限于上述實(shí)施例和實(shí)施方式，可以在不脫離其宗旨 的范圍內(nèi)以各種方式實(shí)施，例如可以進(jìn)行以下變形。 Dl.變形例1
在上述實(shí)施例中使用了模擬磁傳感器，但也可以使用具有多值模擬 輸出的數(shù)字磁傳感器來代替模擬磁傳感器。模擬磁傳感器和具有多值輸 出的數(shù)字磁傳感器，在具有表示模擬變化的輸出信號這一點(diǎn)上是相同的。 另外，在本說明書中，"表示模擬變化的輸出信號"不是指接通/斷開的2 值輸出，而是指包括具有3值以上的多種電平的數(shù)字輸出信號和模擬輸 出信號雙方的廣泛含義。
另外，也可以使用具有2值數(shù)字輸出的數(shù)字磁傳感器來代替具有表 示模擬變化的輸出信號的傳感器。該情況時，將不再需要圖12中的ADC 部570和勵磁區(qū)間設(shè)定部590。因此，不進(jìn)行勵磁區(qū)間的設(shè)定，不使用正 弦波驅(qū)動波形，所以雖然效率降低并產(chǎn)生振動/噪聲，但可以利用低廉的 IC實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制電路。
D2.變形例2
關(guān)于PWM電路可以采用圖12所示的電路以外的各種電路結(jié)構(gòu)。例 如，可以采用通過比較傳感器輸出和基準(zhǔn)三角波來進(jìn)行PWM控制的電 路。并且，還可以利用PWM控制以外的方法來生成驅(qū)動信號。并且， 也可以采用利用PWM控制以外的方法來生成驅(qū)動信號的電路。例如， 可以采用放大傳感器輸出來生成模擬驅(qū)動信號的電路。
并且，在圖12中，可以把ADC部570變?yōu)殡妷罕容^器(comparator)。 該情況時，由于不是正弦波驅(qū)動波形，而是矩形波驅(qū)動，所以雖然效率降低并產(chǎn)生振動/噪聲，但可以利用低廉的IC實(shí)現(xiàn)驅(qū)動控制電路。
D3.變形例3
本發(fā)明可以適用于風(fēng)扇電動機(jī)、鐘表(指針驅(qū)動)、滾筒式洗衣機(jī)(單 一旋轉(zhuǎn))、過山車、振動電動機(jī)等各種裝置的電動機(jī)。并且，本發(fā)明也可 以適用于發(fā)電機(jī)。在把本發(fā)明適用于風(fēng)扇電動機(jī)時，各種效果(低功耗、 低振動、低噪聲、低旋轉(zhuǎn)不均、低發(fā)熱、高壽命)特別顯著。這種風(fēng)扇 電動機(jī)例如可以用作數(shù)字顯示裝置、車載設(shè)備、燃料電池式電腦、燃料 電池式數(shù)碼照相機(jī)、燃料電池式攝像機(jī)、燃料電池式手機(jī)等使用燃料電 池的設(shè)備、以及投影儀等各種裝置的風(fēng)扇電動機(jī)。本發(fā)明的電動機(jī)還可 以用作各種家電設(shè)備和電子設(shè)備的電動機(jī)。例如，在光存儲裝置、磁存 儲裝置和多面鏡驅(qū)動裝置等中，可以把本發(fā)明的電動機(jī)用作主軸電動機(jī)。 并且，本發(fā)明的電動機(jī)也可以用作移動體和機(jī)器人用的電動機(jī)。
圖24是表示使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)的投影儀的說明圖。該投影 儀600具有發(fā)出紅、綠、藍(lán)三種顏色的光的3個光源610R、 610G、 610B; 分別調(diào)制這三種顏色的光的3個液晶光閥640R、 640G、 640B;將調(diào)制后 的三種顏色的光合成的分光合色棱鏡650;將合成的三種顏色的光投影在 屏幕SC上的投影透鏡系統(tǒng)660;冷卻投影儀內(nèi)部的冷卻風(fēng)扇670;控制 整個投影儀600的控制部680。作為驅(qū)動冷卻風(fēng)扇670的電動機(jī)，可以使 用上述的各種無刷電動機(jī)。
圖25 (A) (C)是表示使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)的燃料電池式 手機(jī)的說明圖。圖25 (A)表示手機(jī)700的外觀，圖25 (B)表示內(nèi)部 結(jié)構(gòu)的示例。手機(jī)700具有控制手機(jī)700的動作的MPU710、風(fēng)扇720 和燃料電池730。燃料電池730向MPU710和風(fēng)扇720提供電源。風(fēng)扇 720用于從手機(jī)700外部向內(nèi)部送風(fēng)，以便向燃料電池730提供空氣，或 者將在燃料電池730生成的水分從手機(jī)700內(nèi)部排放到外部。另外，也 可以將風(fēng)扇720按照圖25( C )所示配置在MPU710上，以便冷卻MPU710 。 作為驅(qū)動風(fēng)扇720的電動機(jī)，可以使用上述的各種無刷電動機(jī)。
圖26是表示作為使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)/發(fā)電機(jī)的移動體的一 例的電動自行車(電動助力自行車)的說明圖。該自行車800在前輪設(shè)有電動機(jī)810，在車座下方的車架上設(shè)有控制電路820和充電電池830。 電動機(jī)810利用來自充電電池830的電力驅(qū)動前輪，從而對行駛進(jìn)行助 力。并且，在制動時，通過電動機(jī)810再生的電力充電給充電電池830。 控制電路820是控制電動機(jī)的驅(qū)動和再生的電路。關(guān)于該電動機(jī)810可 以使用上述的各種無刷電動機(jī)。
圖27是表示使用本發(fā)明實(shí)施例的電動機(jī)的機(jī)器人的一例的說明圖。 該機(jī)器人卯0具有第1操作臂910、第2操作臂920以及電動機(jī)930。該 電動機(jī)930用于使作為被驅(qū)動部件的第2操作臂920水平旋轉(zhuǎn)。關(guān)于該 電動機(jī)930可以使用上述的各種無刷電動機(jī)。
權(quán)利要求
1. 一種無刷電動機(jī)，其特征在于，所述無刷電動機(jī)具有第1驅(qū)動部件，其包括分別具有N個(N為1以上的整數(shù))電磁線圈的M相(M為1以上的整數(shù))線圈組；第2驅(qū)動部件，其具有多個永久磁鐵，可以相對所述第1驅(qū)動部件進(jìn)行相對移動；磁傳感器，其設(shè)于所述第1驅(qū)動部件上，檢測所述永久磁鐵和所述電磁線圈的相對位置；以及驅(qū)動控制電路，其利用所述磁傳感器的輸出信號，生成用于驅(qū)動所述電磁線圈的施加電壓，所述第1驅(qū)動部件具有2(M×N)個磁性體鐵芯，各相電磁線圈被纏繞在從所述2(M×N)個磁性體鐵芯的排列中以1個/2M個的比例有規(guī)則地選擇出的磁性體鐵芯上。
2，根據(jù)權(quán)利要求l所述的無刷電動機(jī)，其特征在于，所述無刷電動機(jī)是所述整數(shù)N為2以上、所述整數(shù)M等于1的單相 無刷電動機(jī)，所述第1驅(qū)動部件具有用于限制停止位置的磁性部件， 所述磁性部件構(gòu)成為在所述無刷電動機(jī)停止時所述磁性部件被所述永久磁鐵吸引，從而各個永久磁鐵的中心停止在偏離各個磁性體鐵芯的中心的位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無刷電動機(jī)，其特征在于， 所述磁性部件設(shè)在各個電磁線圈上，各個磁性部件的至少一部分在所述無刷電動機(jī)停止時，配置在各個 電磁線圈和各個永久磁鐵之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的無刷電動機(jī)，其特征在于，各個磁性部件 與所述磁性體鐵芯構(gòu)成為一體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 4所述的無刷電動機(jī)，其特征在于，所述磁傳 感器是根據(jù)所述磁鐵和所述電磁線圈的相對位置，輸出表示模擬變化的輸出信號的傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無刷電動機(jī)，其特征在于，所述驅(qū)動控制 電路包括PWM控制電路，所述PWM控制電路通過執(zhí)行利用了所述磁傳 感器的輸出信號的模擬變化的PWM控制，生成所述驅(qū)動信號。
7. —種裝置，其具有權(quán)利要求l所述的無刷電動機(jī)和由所述無刷電 動機(jī)驅(qū)動的被驅(qū)動部件。
8. —種移動體，其具有權(quán)利要求l所述的無刷電動機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種提高電動機(jī)效率的技術(shù)。本發(fā)明的一個方式的無刷電動機(jī)具有第1驅(qū)動部件和第2驅(qū)動部件。第1驅(qū)動部件包括分別具有N個(N為1以上的整數(shù))電磁線圈的M相(M為1以上的整數(shù))線圈組。第2驅(qū)動部件具有多個永久磁鐵，可以相對第1驅(qū)動部件進(jìn)行相對移動。并且，第1驅(qū)動部件具有2(M×N)個磁性體鐵芯。各相電磁線圈被纏繞在從2(M×N)個磁性體鐵芯的排列中以1個/2M個的比例有規(guī)則地選擇出的磁性體鐵芯上。
文檔編號H02K1/14GK101286686SQ200810081820
公開日2008年10月15日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月9日
發(fā)明者中村和喜, 杉本守, 瀬下勇, 竹內(nèi)啟佐敏 申請人:精工愛普生株式會社