專利名稱：無刷電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用了永久磁鐵和電磁線圈的無刷電動機。
背景技術(shù)：
作為利用了永久磁鐵和電磁線圈的無刷電動機，例如公知有下述專 利文獻1中所記載的無刷電動機。
專利文獻1日本特幵2001—298982號公報 在現(xiàn)有的電動機中，轉(zhuǎn)子在定子中旋轉(zhuǎn)，通過將轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)軸固定， 來將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給旋轉(zhuǎn)軸。而且，通過使用齒輪等傳遞單元， 或者將車輪等直接與旋轉(zhuǎn)軸連接，來將旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給車輪等 被驅(qū)動部件。然而，在該結(jié)構(gòu)中，具有這樣的問題，g卩由于旋轉(zhuǎn)軸的 扭轉(zhuǎn)的產(chǎn)生等而導(dǎo)致在將轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動傳遞到車輪等被驅(qū)動部件之前 發(fā)生延遲，以及為了傳遞大的旋轉(zhuǎn)力而導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)軸需要大的扭轉(zhuǎn)強度。 另外，這種問題不限于電動機，發(fā)電機也存在相同的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有問題，本發(fā)明的目的是提供一種能在不使電動機 的中心軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下使被驅(qū)動部件旋轉(zhuǎn)的技術(shù)。
本發(fā)明為了解決上述問題的至少一部分，可采取以下方式。 [方式l]
一種無刷電動機，該無刷電動機包括定子，其具有電磁線圈和位 置傳感器；軸部，其固定在所述定子上；以及轉(zhuǎn)子，其具有永久磁鐵并 在所述軸部的周圍旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子與通過所述無刷電動機來驅(qū)動的被驅(qū) 動部件連接。
根據(jù)方式1的無刷電動機，由于軸部固定在定子上，轉(zhuǎn)子以軸部為
中心旋轉(zhuǎn)，被驅(qū)動部件與轉(zhuǎn)子連接，因而能在不使電動機的中心軸旋轉(zhuǎn) 的狀態(tài)下使被驅(qū)動部件旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)方式1所述的無刷電動機，在所述軸部的內(nèi)部設(shè)置有用于驅(qū)動 所述無刷電動機的配線。
根據(jù)方式2的無刷電動機，由于在軸部的內(nèi)部設(shè)置有配線，因而可 實現(xiàn)配線部分的空間節(jié)省。 [方式3]
根據(jù)方式1或2所述的無刷電動機，所述轉(zhuǎn)子具有將所述定子包入 在該轉(zhuǎn)子內(nèi)部的形狀，所述永久磁鐵設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)部分。
根據(jù)方式3的無刷電動機，可實現(xiàn)抵抗來自外部的污染物等的密閉 結(jié)構(gòu)。
根據(jù)方式1至3中任一項所述的無刷電動機，所述位置傳感器包含 磁傳感器，該磁傳感器根據(jù)所述定子和所述轉(zhuǎn)子的相對位置來輸出表示 模擬變化的輸出信號。
根據(jù)方式4的無刷電動機，可利用磁傳感器的模擬變化而效率良好 地驅(qū)動無刷電動機。 [方式5]
根據(jù)方式4所述的無刷電動機，所述定子還具有包含PWM控制電 路的控制電路，該PWM控制電路通過執(zhí)行利用所述磁傳感器的輸出信 號的模擬變化的PWM控制，來生成模擬所述磁傳感器的輸出信號的模 擬變化的驅(qū)動信號。
根據(jù)方式5的無刷電動機，由于能根據(jù)形狀與線圈的反電動勢波形 接近的驅(qū)動信號來驅(qū)動無刷電動機，因而可提高效率。 [方式6]
根據(jù)方式5所述的無刷電動機，所述控制電路還具有再生電路，該 再生電路從所述電磁線圈再生電力。
根據(jù)方式6的無刷電動機，能使用再生電路進行發(fā)電。
根據(jù)方式6所述的無刷電動機，在所述軸部的內(nèi)部設(shè)置有用于回收 來自所述再生電路的再生電力的配線。
根據(jù)方式7的無刷電動機，由于在軸部的內(nèi)部設(shè)置有配線，因而可 實現(xiàn)配線部分的空間節(jié)省。 [方式8]
根據(jù)方式5至7中任一項所述的無刷電動機，所述電磁線圈、所述 位置傳感器以及所述控制電路中的至少一部分利用樹脂覆蓋。 根據(jù)方式8的無刷電動機，可抑制電磁線圈等的腐蝕。 另外，本發(fā)明能以各種方式來實現(xiàn)，例如能以無刷電動機、無刷發(fā) 電機、它們的控制方法(或驅(qū)動方法)、應(yīng)用它們的致動器、發(fā)電裝置或 移動體等方式來實現(xiàn)。


圖1是示出第1實施例中的電動機的電動機主體的結(jié)構(gòu)的剖視圖。 圖2是示出磁傳感器輸出和線圈的反電動勢波形的關(guān)系的說明圖。 圖3是示出線圈的施加電壓和反電動勢的關(guān)系的示意圖。 圖4是示出第1實施例的電動機的正轉(zhuǎn)動作的狀態(tài)的說明圖。 圖5是示出第1實施例的電動機的反轉(zhuǎn)動作的狀態(tài)的說明圖。 圖6是示出電動機的驅(qū)動電路單元的結(jié)構(gòu)的框圖。 圖7是示出驅(qū)動電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。 圖8是示出驅(qū)動控制部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動作的說明圖。 圖9是示出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IO是示出PWM部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。 圖11是示出電動機正轉(zhuǎn)時的PWM部動作的時序圖。 圖12是示出電動機反轉(zhuǎn)時的PWM部動作的時序圖。 圖13是示出勵磁區(qū)間設(shè)定部的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動作的說明圖。 圖14是示出對用矩形波驅(qū)動第1實施例的電動機時和用正弦波驅(qū)動 第1實施例的電動機時的各種信號波形進行比較而示出的說明圖。
圖15是示出驅(qū)動電路的另一結(jié)構(gòu)的圖。
圖16是示出實施例的電動機在無負載時的轉(zhuǎn)速的座標圖。
圖17是示出再生控制部和整流電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的圖。
圖18是示出第1實施例的電動機結(jié)構(gòu)的另一例的說明圖。
圖19是示出第2實施例的電動機結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖20是示出第3實施例的電動機結(jié)構(gòu)的說明圖。
圖21是示出利用了本發(fā)明實施例所涉及的電動機的鐵道車輛的說明圖。
標號說明
10:定子部；12A、 12B:電磁線圈；14:支撐部件；30;轉(zhuǎn)子部； 30U:上部轉(zhuǎn)子部；30L:下部轉(zhuǎn)子部；31U:上部旋轉(zhuǎn)殼體部；31L:下 部旋轉(zhuǎn)殼體部；32:永久磁鐵；32L:永久磁鐵；32U:永久磁鐵；34U、 34L:磁軛；40A、 40B:磁傳感器；50:固定螺絲部；64:軸部(中心 軸)；64a:軸固定部；64e:軸端部固定部件；65U、 65L:軸承部；70: 輪部；70c:密閉帽；71:車輪部；71b:齒輪；71c:滑輪；71d:葉片； 100:驅(qū)動控制部；102:總線;110: CPU; 120A、 120B:驅(qū)動電路；122: 放大電路；150:驅(qū)動電路；200:再生控制部；202、 204:充電切換部； 206:電子可變電阻器；211、 212: AND電路；221 224:電壓比較器； 231、 232: OR電路；250:整流電路；252:全波整流電路；261、 262: 選通晶體管；271:緩沖電路；272:倒相電路；278:驅(qū)動用電力線；279: 控制線；280:電源配線；500:驅(qū)動電路單元；510:基本時鐘生成電路； 520:分頻器；530: PWM部；531:計數(shù)器；533: EXOR電路；535: 驅(qū)動波形形成部；540:寄存器；550:乘法器；560:編碼部；570: AD 轉(zhuǎn)換部；580:指令值寄存器；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；1000:鐵道車輛；1010: 電動機；1020:車輪。
具體實施例方式
下面，按以下順序說明本發(fā)明的實施方式。
A. 第1實施例的電動機結(jié)構(gòu)和動作的概要
B. 驅(qū)動電路單元的結(jié)構(gòu)-
C. 第1實施例的電動機結(jié)構(gòu)的變形例-
D. 第2實施例的電動機結(jié)構(gòu)
E. 第3實施例的電動機結(jié)構(gòu)
F. 變形例
A.第1實施例的電動機結(jié)構(gòu)和動作的概要
圖1 (A) (D)是示出作為本發(fā)明的第1實施例的無刷電動機的 電動機主體結(jié)構(gòu)的剖視圖。該電動機主體具有軸部64、定子部10以及轉(zhuǎn) 子部30。定子部10和轉(zhuǎn)子部30具有大致圓盤狀的形狀。軸部64利用軸 固定部64a安裝在車輛等移動體的懸架裝置1上，軸部64自身以不旋轉(zhuǎn) 的方式固定。轉(zhuǎn)子部30具有上部轉(zhuǎn)子部30U和下部轉(zhuǎn)子部30L。圖1 (B) 是上部轉(zhuǎn)子部30U的水平剖視圖。上部轉(zhuǎn)子部30U具有上部旋轉(zhuǎn)殼體部 31U、軸承部65U以及分別呈大致扇狀的4個永久磁鐵32U,上部轉(zhuǎn)子 部30U能隔著軸承部65U以軸部64為中心進行旋轉(zhuǎn)運動。作為軸承部 65U，例如可使用滾珠軸承來實現(xiàn)。下部轉(zhuǎn)子部30L也具有與上部轉(zhuǎn)子部 30U相同的結(jié)構(gòu)，因而省略圖示。各永久磁鐵32U、 32L的磁化方向是與 軸部64平行的方向。在軸部64的端部安裝有軸端部固定部件64e (圖1 (A))，軸承部65U采用不會由于旋轉(zhuǎn)而脫落的結(jié)構(gòu)。在上部旋轉(zhuǎn)殼體 部31U上，利用固定螺絲部50固定有輪部70。在輪部70的中心部安裝 有密閉帽70c，可抑制異物等侵入電動機內(nèi)部。在輪部70的外周部安裝 有作為移動體的車輪而執(zhí)行功能的車輪部71。
圖1 (C)是定子部10的水平剖視圖。如圖1 (A)所示，定子部10 具有多個A相線圈12A、多個B相線圈12B以及支撐這些線圈12A、 12B 的支撐部件14。圖1 (C)示出該A相線圈12A頂lj。在該例中，A相線 圈12A設(shè)置有4個，并分別巻繞成大致扇狀的形狀。B相線圈12B也是 同樣。在定子部10上還設(shè)置有驅(qū)動電路單元500。如圖1 (A)所示，優(yōu) 選的是，軸部64的中心部具有中空結(jié)構(gòu)，使得用于將電力提供給各線圈 12的驅(qū)動用電力線278、用于將信號發(fā)送到驅(qū)動電路單元500的控制線
279等穿過。并且，優(yōu)選的是，在回收來自各線圈12的再生電力(以下 描述)的情況下，使接受用電力線280 (以下也稱為"再生用電源配線 280")在該中空部分穿過。這是因為，這樣可實現(xiàn)配線的空間節(jié)省。
使用以上結(jié)構(gòu)的電動機，轉(zhuǎn)子部30以軸部64為中心旋轉(zhuǎn)來使車輪 旋轉(zhuǎn)，軸部64被固定而不旋轉(zhuǎn)(圖1 (A))。因此，扭轉(zhuǎn)力不會施加給 軸部64。因此，無需增大軸部64的扭轉(zhuǎn)強度，可使電動機輕量化。而且， 由于軸部64不產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，也無需使用齒輪等傳遞單元，因而沒有傳遞損 失，可實現(xiàn)穩(wěn)定的控制和高速的響應(yīng)速度。這在要求正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的高速 響應(yīng)速度的姿勢控制等中是特別有效的。
在電動機維護時，由于可利用軸固定部64a將電動機按各軸部64從 懸架裝置1等移動體上分離，因而可容易拆解上轉(zhuǎn)子部30U、下轉(zhuǎn)子部 30L。因此，車輪部71、輪部70、軸部64、定子部10、轉(zhuǎn)子部30等的 整體的維護性優(yōu)良。并且，由于定子部10和轉(zhuǎn)子部30容易與具有其他 特性的定子部和轉(zhuǎn)子部更換，因而可容易實現(xiàn)移動體的動力特性的變更 和提高等。而且，由于能利用固定螺絲部50從轉(zhuǎn)子部30上容易地拆裝 輪部70和車輪部71，因而能與電動機主體相分離地維護輪部70和車輪 部71。另外，由于可將上部旋轉(zhuǎn)殼體部31U用作散熱結(jié)構(gòu)來將轉(zhuǎn)子部30 內(nèi)產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到電動機的外部，因而本實施例的電動機具有散熱效果 高的優(yōu)點。
而且，如圖1 (A)所示，只要利用上旋轉(zhuǎn)殼體部31U、下旋轉(zhuǎn)殼體 部31L完全覆蓋定子部10，就能容易實現(xiàn)抵抗來自外部的污染等的密閉 結(jié)構(gòu)。因此，只要有效利用該密閉結(jié)構(gòu)，也能作為水陸兩用的車輛的車 輪來使用。并且，當該電動機被用作受到粉塵等的影響的風(fēng)扇電動機時， 由于粉塵等不進入電動機的內(nèi)部，因而可實現(xiàn)免維護。另外，輪部70和 車輪部71相當于本發(fā)明中的"被驅(qū)動部件"。
圖1 (D)是示出定子部10和上下轉(zhuǎn)子部30U、 30L的關(guān)系的概念 圖。然而，省略了轉(zhuǎn)子部30中的旋轉(zhuǎn)殼體部31和軸承部65。在定子部 10的支撐部件14上設(shè)置有A相用磁傳感器40A和B相用磁傳感器40B。 磁傳感器40A、40B用于檢測轉(zhuǎn)子部30U、30L的位置(即電動機的相位)。
另外，這些傳感器在以下也稱為"A相傳感器"和"B相傳感器"。A相 傳感器40A配置在2個A相線圈12A的中間的中央位置。B相傳感器40B 也同樣配置在2個B相線圈12B的中間的中央位置。在該例中，B相傳 感器40B與A相線圈12A —起配置在支撐部件14的上側(cè)的表面上，然 而還可以代之配置在支撐部件14的下側(cè)的表面上。A相傳感器40A也一 樣。另外，從圖l (C)也可以理解，在該實施例中，將B相傳感器40B 配置在A相線圈12A的內(nèi)部，因而具有容易確保配置傳感器40B的空間 的優(yōu)點。
如圖l (D)所示，磁鐵32U、 32L分別以一定的磁極間距Pm來配 置，鄰接的磁鐵之間在反方向上被磁化。A相線圈12A以一定的間距Pc 來配置，鄰接的線圈之間被逆向勵磁。B相線圈12B也一樣。在本實施 例中，磁極間距Pm等于線圈間距Pc,電角度相當于Ti。另外，電角度27t 與在驅(qū)動信號的相位變化了 2Tl時移動的機械角度或距離相對應(yīng)。在本實 施例中，當驅(qū)動信號的相位變化了27i時，轉(zhuǎn)子部30U、 30L移動磁極間 距Pm的2倍。并且，A相線圈12A和B相線圈12B配置在相位錯開兀/2 的位置。
上部轉(zhuǎn)子部30U的磁鐵32U和下部轉(zhuǎn)子部30L的磁鐵32L配置成使 面向定子部10的磁極為相互不同的極性(S極和N極)。換言之，上部 轉(zhuǎn)子部30U的磁鐵32U和下部轉(zhuǎn)子部30L的磁鐵32L配置成使相反的極 相互對置。結(jié)果，如圖l (D)的右端所示，這些磁鐵32U、 32L之間的 磁場由大致直線狀的磁力線表示，在這些磁鐵32U、 32L之間閉合?？梢?理解，這種閉合的磁場比開放的磁場強。結(jié)果，磁場的利用效率提高， 進而可提高電動機效率。另外，優(yōu)選的是，在磁鐵32U、 32L的外側(cè)表面 上分別設(shè)置有強磁體制的磁軛34U、 34L。磁軛34U、 34L能進一步增強 線圈中的磁場。不過，也可以省略磁軛34U、 34L。
另外，優(yōu)選的是，線圈12A、 12B、磁傳感器40A、 40B以及驅(qū)動電 路單元500中的任一個或全部使用樹脂覆蓋。這是因為，這樣可抑制這 些部件的腐蝕。并且，只要使覆蓋線圈12A、 12B等的樹脂與軸部64接 觸，就能利用樹脂將從線圈12A、 12B等產(chǎn)生的熱傳遞到軸部64，并通 過將軸部64作為散熱裝置利用，能使線圈12A、 12B等冷卻。
圖2是示出傳感器輸出和線圈的反電動勢波形的關(guān)系的說明圖。圖 2 (A)與圖1 (D)相同。圖2 (B)示出A相線圈12A產(chǎn)生的反電動勢 波形的例子，圖2 (C)、 (D)示出A相傳感器40A和B相傳感器40B 的傳感器輸出SSA、 SSB的波形的例子。這些傳感器40A、 40B可產(chǎn)生 形狀與電動機運轉(zhuǎn)時的線圈的反電動勢形狀大致相似的傳感器輸出 SSA、 SSB。圖2 (B)所示的線圈12A的反電動勢存在與電動機的轉(zhuǎn)速 一起上升的傾向，然而波形形狀(正弦波)保持為大致相似形狀。作為 傳感器40A、 40B，可以采用例如利用了霍爾效應(yīng)的霍爾IC。在該例子 中，傳感器輸出SSA和反電動勢Ec均是正弦波或接近于正弦波的波形。 如后所述，該電動機的驅(qū)動控制電路利用傳感器輸出SSA、 SSB,將波形 與反電動勢Ec的波形大致相似的電壓施加給各個線圈12A、 12B。
另外，電動機作為將機械能和電能相互轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換裝置而執(zhí)行 功能。而且，線圈的反電動勢是將電動機的機械能轉(zhuǎn)換為電能而產(chǎn)生的。 因此，在將施加給線圈的電能轉(zhuǎn)換為機械能的情況下(即，驅(qū)動電動機 的情況下)，通過施加波形與反電動勢的波形相似的電壓，可效率最佳地 驅(qū)動電動機。另外，如以下說明那樣，"波形與反電動勢的波形相似的電 壓"是指產(chǎn)生與反電動勢反向的電流的電壓。
圖3 (A)是示出線圈的施加電壓和反電動勢的關(guān)系的示意圖。這里， 利用交流反電動勢Ec和電阻Rc來模擬線圈。并且，在該電路中，電壓 計V與交流施加電壓Ei及線圈并聯(lián)。另外，反電動勢Ec也稱為"感應(yīng) 電壓Ec"，并且，施加電壓Ei也稱為"勵磁電壓Ei"。當對線圈施加交流 電壓Ei來驅(qū)動電動機時，在流入與施加電壓Ei相反的電流的方向上產(chǎn)生 反電動勢Ec。當在電動機旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下將開關(guān)SW切斷時，可利用電壓 計V測定反電動勢Ec。在切斷開關(guān)SW的狀態(tài)下所測定的反電動勢Ec 的極性與在接通開關(guān)SW的狀態(tài)下所測定的施加電壓Ei的極性相同。在 上述說明中，"施加波形與反電動勢的波形大致相似的電壓"是指施加 具有與利用這種電壓計V所測定的反電動勢Ec相同的極性并具有大致相 似形狀的波形的電壓。
圖3(B)示出在本實施例中采用的驅(qū)動方法的概要。這里，利用A 相線圈12A、永久磁鐵32U以及A相傳感器40A來模擬電動機。當具有 永久磁鐵32U的轉(zhuǎn)子部30旋轉(zhuǎn)時，在傳感器40A中產(chǎn)生交流電壓Es(也稱為"傳感器電壓Es")。該傳感器電壓Es具有與線圈12A的感應(yīng)電壓 Ec相似的波形形狀。因此，通過生成傳感器電壓Es的模擬PWM (脈沖 寬度調(diào)制)信號來對開關(guān)SW進行接通/斷開控制，可將波形與感應(yīng)電壓 Ec的波形大致相似的勵磁電壓Ei施加給線圈12A。此時的勵磁電流Ii 由Ii= (Ei—Ec) /Rc確定。
如上所述，在驅(qū)動電動機的情況下，通過施加波形與反電動勢的波 形相似的電壓，可效率最佳地驅(qū)動電動機。另外，可以理解，在正弦波 狀的反電動勢波形的中點附近(電壓0附近)能量轉(zhuǎn)換效率較低，相反， 在反電動勢波形的峰值附近能量轉(zhuǎn)換效率較高。當施加波形與反電動勢 波形相似的電壓來驅(qū)動電動機時，在能量轉(zhuǎn)換效率高的期間施加較高的 電壓，因而電動機效率提高。另一方面，當例如以簡單的矩形波來驅(qū)動 電動機時，在反電動勢大致為0的位置(中點)附近也施加相當高的電 壓，因而電動機效率下降。并且，象這樣，在能量轉(zhuǎn)換效率低的期間施 加電壓時，由于渦電流而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)方向以外的方向的振動，由此，還具 有產(chǎn)生噪音的問題。
從上述說明可以理解，當施加波形與反電動勢波形相似的電壓來驅(qū) 動電動機時，具有可提高電動機效率并可降低振動和噪音的優(yōu)點。
圖4 (A) (D)是示出本實施例的無刷電動機的正轉(zhuǎn)動作的狀態(tài) 的說明圖。圖4 (A)示出相位即將為0之前的狀態(tài)。記載在A相線圈 12A和B相線圈12B的位置上的"N"、 "S"字母表示這些線圈12A、 12B 的勵磁方向。當線圈12A、 12B勵磁時，在線圈12A、 12B和磁鐵32U、 32L之間產(chǎn)生吸引力和排斥力。結(jié)果，轉(zhuǎn)子部30U、 30L向正轉(zhuǎn)方向(圖 中的右方)旋轉(zhuǎn)。另外，在相位為0的定時，A相線圈12A的勵磁方向 反轉(zhuǎn)(參照圖2)。圖4 (B)示出相位即將前進至7u/2之前的狀態(tài)。在相 位為7C/2的定時，B相線圈12B的勵磁方向反轉(zhuǎn)。圖4 (C)示出相位即 將前進至7i之前的狀態(tài)。在相位為7i的定時，A相線圈12A的勵磁方向
再次反轉(zhuǎn)。圖4(D)示出相位即將前進至3兀/2之前的狀態(tài)。在相位為3兀/2 的定時中，B相線圈12B的勵磁方向再次反轉(zhuǎn)。
另外，從圖2 (C)、 (D)還可以理解，在相位為7c/2的整數(shù)倍的定 時，由于傳感器輸出SSA、 SSB為零，因而僅從二相線圈12A、 12B中 的一個產(chǎn)生驅(qū)動力。然而，在除了相位為兀/2的整數(shù)倍的定時以外的其他 所有期間內(nèi)，二相線圈12A、 12B兩者可同時產(chǎn)生驅(qū)動力。因此，可使 用二相線圈12A、 12B兩者來產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩。
另外，從圖4 (A)可以理解，A相傳感器40A配置于在A相線圈 12A的中心與永久磁鐵32U的中心相對置的位置上切換該A相傳感器 40A的輸出極性的位置上。同樣，B相傳感器40B配置于在B相線圈12B 的中心與永久磁鐵32L的中心相對置的位置上切換該B相傳感器40B的 輸出極性的位置上。只要將傳感器40A、 40B配置在這樣的位置上，就 能從傳感器40A、 40B產(chǎn)生形狀與線圈的反電動勢形狀大致相似的傳感 器輸出SSA、 SSB (圖2)。
圖5 (A) (D)是示出本實施例的無刷電動機的反轉(zhuǎn)動作的狀態(tài) 的說明圖。圖5 (A) (D)分別示出相位即將為O、 7c/2、 Ti、 3ti/2之前 的狀態(tài)。該反轉(zhuǎn)動作例如可通過使線圈12A、 12B的驅(qū)動電壓的極性(即 正負)根據(jù)正轉(zhuǎn)動作的驅(qū)動電壓分別反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。
B.驅(qū)動電路單元的結(jié)構(gòu)
圖6是示出實施例中的驅(qū)動電路單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。該驅(qū)動電 路單元500具有CPU110、驅(qū)動控制部IOO、再生控制部200、驅(qū)動電路 150、整流電路250以及電源單元300。 2個控制部100、 200經(jīng)由總線102 與CPU 110連接。驅(qū)動控制部100和驅(qū)動電路150是在使電動機產(chǎn)生驅(qū) 動力的情況下進行控制的電路。并且，再生控制部200和整流電路250 是在從電動機再生電力的情況下進行控制的電路。再生控制部200和整 流電路250也統(tǒng)稱為"再生電路"。并且，驅(qū)動控制部100也稱為"驅(qū)動 信號生成電路"。電源單元300是用于向驅(qū)動電路單元500內(nèi)的其他電路 提供各種電源電壓的電路。在圖6中，為了便于圖示，僅描繪出從電源 單元300通向驅(qū)動控制部100和驅(qū)動電路150的電源配線，省略了通向其他電路的電源配線。
圖7示出驅(qū)動電路150 (圖6)內(nèi)所包含的A相驅(qū)動電路120A和B 相驅(qū)動電路120B的結(jié)構(gòu)。A相驅(qū)動電路120A是用于向A相線圈12A提 供交流驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2的H型橋接電路。另外，附在表示驅(qū) 動信號的模塊的端子部分的中空圓圈表示是負邏輯而且是信號反轉(zhuǎn)。并 且，附有標號IA1 、 IA2的箭頭分別表示根據(jù)Al驅(qū)動信號DRVA1和A2 驅(qū)動信號DRVA2而流動的電流方向。B相驅(qū)動電路120B的結(jié)構(gòu)也與A 相驅(qū)動電路120A的結(jié)構(gòu)相同。另外，只要去除使信號反轉(zhuǎn)的負邏輯，并 將H側(cè)的P溝道MOS—FET變更為與L側(cè)相同的N溝道MOS—FET， 就也能實現(xiàn)頻率特性優(yōu)良的驅(qū)動。
圖8是示出驅(qū)動控制部100 (圖6)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動作的說明圖。驅(qū) 動控制部100具有基本時鐘生成電路510、 1/N分頻器520、 PWM部(脈 沖寬度調(diào)制部)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以及勵磁區(qū)間設(shè)定部590。 另外，驅(qū)動控制部100是生成A相用驅(qū)動信號和B相用驅(qū)動信號兩者的 電路，基本時鐘生成電路510、分頻器520以及正反方向指示值寄存器 540在A相和B相中是公用的。關(guān)于在A相用和B相用中分別存在的其 他構(gòu)成要素，在圖8 (A)中為了便于圖示，僅描繪出A相用電路結(jié)構(gòu)， 然而對于B相用，也在驅(qū)動控制部100內(nèi)設(shè)置有與A相用相同的構(gòu)成要 素。
基本時鐘生成電路510是產(chǎn)生具有規(guī)定頻率的時鐘信號PCL的電 路，例如由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值被設(shè)定為規(guī)定的恒定值。該N值預(yù)先由CPU 110設(shè)定在分頻器520內(nèi)。PWM部530根據(jù)時鐘信號PCL、 SDC、從乘 法器550提供的乘法值Ma、從正反方向指示值寄存器540提供的正反方 向指示值RI、從編碼器560提供的正負符號信號Pa、以及從勵磁區(qū)間設(shè) 定部590提供的勵磁區(qū)間信號Ea，生成交流驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2 (圖7)。關(guān)于其動作將在后面描述。
表示電動機的旋轉(zhuǎn)方向的值RI由CPU110設(shè)定在正反方向指示值寄
存器540內(nèi)。在本實施例中，正反方向指示值RI為低電平時電動機正轉(zhuǎn)， 為高電平時電動機反轉(zhuǎn)。提供給PWM部530的其他信號Ma、 Pa、 Ea 按以下進行決定。
磁傳感器40A的輸出SSA被提供給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)，其中點(= VDD/2)是輸出波形的中點(經(jīng)過正弦波的原點的點)。AD轉(zhuǎn)換部570 對該傳感器輸出SSA進行AD轉(zhuǎn)換，生成傳感器輸出的數(shù)字值。AD轉(zhuǎn) 換部570的輸出范圍例如是FFh Oh (結(jié)尾的"h"表示16進制數(shù))，中 值80h相當于傳感器波形的中點。
編碼器560對AD轉(zhuǎn)換后的傳感器輸出值的范圍進行轉(zhuǎn)換，并將傳 感器輸出值的中點的值設(shè)定為O。結(jié)果，在編碼器560中生成的傳感器輸 出值Xa取正側(cè)的規(guī)定范圍(例如+127 0)和負側(cè)的規(guī)定范圍(例如0 -127)的值。然而，從編碼器560提供給乘法器550的值是傳感器輸出 值Xa的絕對值，其正負符號作為正負符號信號Pa被提供給PWM部530。
電壓指令值寄存器580存儲由CPU110所設(shè)定的電壓指令值Ya。該 電壓指令值Ya與后述的勵磁區(qū)間信號Ea —起作為設(shè)定電動機的施加電 壓的值而執(zhí)行功能，例如取0 1.0的值。假設(shè)在以不設(shè)置非勵磁區(qū)間而 將整個區(qū)間作為勵磁區(qū)間的方式設(shè)定了勵磁區(qū)間信號Ea的情況下，Ya 二O意味著使施加電壓為零，Ya-1.0意味著使施加電壓為最大值。乘法 器550將從編碼器560輸出的傳感器輸出值Xa和電壓指令值Ya相乘后 取整數(shù)，并將該乘法值Ma提供給PWM部530。
圖8 (B) (E)示出在乘法值Ma取各個值的情況下的PWM部 530的動作。這里，假定整個期間是勵磁區(qū)間且沒有非勵磁區(qū)間。PWM 部530是在時鐘信號SDC的1周期的期間內(nèi)產(chǎn)生占空比是Ma/N的一個 脈沖的電路。艮卩，如圖8 (B) (E)所示，隨著乘法值Ma增加，驅(qū)動 信號DRVA1、DRVA2的脈沖的占空比也增加。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為負時產(chǎn)生脈沖的信號，而在圖8 (B) (E) 中將它們合并記載。另夕卜，為了方便起見，將第2驅(qū)動信號DRVA2描繪成負側(cè)的脈沖。
圖9 (A) (C)是示出傳感器輸出的波形與由PWM部530所生 成的驅(qū)動信號的波形之間的對應(yīng)關(guān)系的說明圖。圖中，"Hiz"是指使電 磁線圈處于未勵磁狀態(tài)的高阻抗狀態(tài)。如圖8中所說明那樣，通過直接 利用了傳感器輸出SSA的模擬波形的PWM控制來生成驅(qū)動信號 DRVA1、 DRVA2。因此，可使用這些驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2向各線 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還構(gòu)成為僅向由從勵磁區(qū)間設(shè)定部590提供的勵磁區(qū) 間信號Ea所表示的勵磁區(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9 (C)示出在根據(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的情況下的驅(qū)動信號波形。在勵磁區(qū) 間EP中一直產(chǎn)生圖9 (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。這樣，如果設(shè)定勵磁區(qū)間EP和非勵磁區(qū)間NEP，則在 反電動勢波形的中點附近(即傳感器輸出的中點附近)不向線圈施加電 壓，因而可進一步提高電動機效率。另外，勵磁區(qū)間EP優(yōu)選地設(shè)定在以 反電動勢波形的峰值為中心的對稱區(qū)間內(nèi)，并且非勵磁區(qū)間NEP優(yōu)選地 設(shè)定在以反電動勢波形的中點(中心點)為中心的對稱區(qū)間內(nèi)。
另外，如上所述，如果將電壓指令值Ya設(shè)定為不足l的值，則乘法 值Ma與電壓指令值Ya成比例地減小。因此，也能根據(jù)電壓指令值Ya 調(diào)整有效的施加電壓。
從上述說明可以理解，在本實施例的電動機中，能利用電壓指令值 Ya和勵磁區(qū)間信號Ea兩者來調(diào)整施加電壓。期望的是，期望的施加電壓 與電壓指令值Ya及勵磁區(qū)間信號Ea之間的關(guān)系預(yù)先以表格存儲在驅(qū)動 電路單元500 (圖6)內(nèi)的存儲器內(nèi)。這樣，當驅(qū)動電路單元500從外部 接收到期望的施加電壓的目標值時，CPU 110可根據(jù)該目標值將電壓指 令值Ya和勵磁區(qū)間信號Ea設(shè)定在驅(qū)動控制部100內(nèi)。另外，施加電壓 的調(diào)整無需利用電壓指令值Ya和勵磁區(qū)間信號Ea兩者，可以僅利用其 中的任一個。
圖10是示出PWM部530 (圖8)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一例的框圖。PWM
部530具有計數(shù)器531、 EXOR ("異或"電路)533以及驅(qū)動波形形成部 535。這些按以下進行動作。
圖11是示出電動機正轉(zhuǎn)時的PWM部530的動作的時序圖。在該圖 中示出2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，正負符號信號Pa，計數(shù)器531內(nèi)的計數(shù)值CM1 ，計數(shù) 器531的輸出Sl， EXOR電路533的輸出S2,以及驅(qū)動波形形成部535 的輸出信號DRVA1、 DRVA2。計數(shù)器531在時鐘信號SDC的每個周期 內(nèi)，重復(fù)進行與時鐘信號PCL同步地將計數(shù)值CM1遞減到0的動作。 計數(shù)值CM1的初始值被設(shè)定為乘法值Ma。另外，在圖11中為了便于圖 示，描繪了也將負值作為乘法值Ma，而在計數(shù)器531中所使用的值是其 絕對值I Ma I 。計數(shù)器531的輸出Sl在計數(shù)值CM1為非0的情況下被 設(shè)定為高電平，在計數(shù)值CM1為0時下降為低電平。
EXOR電路533輸出表示正負符號信號Pa和正反方向指示值RI之 間的異或的信號S2。在電動機正轉(zhuǎn)的情況下，正反方向指示值RI是低電 平。因此，EXOR電路533的輸出S2成為與正負符號信號Pa相同的信 號。驅(qū)動波形形成部535根據(jù)計數(shù)器531的輸出Sl和EXOR電路533 的輸出S2來生成驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2。即，將計數(shù)器531的輸出 Sl中的、EXOR電路533的輸出S2是低電平的期間的信號作為第1驅(qū)動 信號DRVA1來輸出，將計數(shù)器531的輸出Sl中的、EXOR電路533的 輸出S2是高電平的期間的信號作為第2驅(qū)動信號DRVA2來輸出。另外， 在圖11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，驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2 均不輸出，而維持在高阻抗狀態(tài)。
圖12是示出電動機反轉(zhuǎn)時的PWM部530的動作的時序圖。在電動 機反轉(zhuǎn)時，正反方向指示值RI被設(shè)定為高電平。結(jié)果，2個驅(qū)動信號 DRVA1、 DRVA2與圖11中的替換，結(jié)果，可以理解出電動機反轉(zhuǎn)。
圖13是示出勵磁區(qū)間設(shè)定部590的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和動作的說明圖。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以及OR 電路("或"電路)598。電子可變電阻器592的電阻值Rv由CPU 110
設(shè)定。電子可變電阻器592的兩端電壓VI、 V2被提供給電壓比較器594、 596中的一個的輸入端子。傳感器輸出SSA被提供給電壓比較器594、596 中的另一個的輸入端子。電壓比較器594、 596的輸出信號Sp、 Sn被輸 入到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13 (B)示出勵磁區(qū)間設(shè)定部590的動作。電子可變電阻器592 的兩端電壓VK V2是通過調(diào)整電阻值Rv來變更的。具體地說，兩端電 壓VI、 V2被設(shè)定為與電壓范圍的中值(=VDD/2)的差相等的值。在 傳感器輸出SSA高于第1電壓VI的情況下，第1電壓比較器594的輸 出Sp為高電平，另一方面，在傳感器輸出SSA低于第2電壓V2的情況 下，第2電壓比較器596的輸出Sn為高電平。勵磁區(qū)間信號Ea是取這 些輸出信號Sp、 Sn的邏輯和的信號。因此，如圖13 (B)的下部所示， 勵磁區(qū)間信號Ea可作為表示勵磁區(qū)間EP和非勵磁區(qū)間NEP的信號來使 用。勵磁區(qū)間EP和非勵磁區(qū)間NEP的設(shè)定是通過由CPU 110調(diào)整可變 電阻值Rv來進行的。
圖14是對用矩形波驅(qū)動上述的本實施例的電動機時與用正弦波(為 了便于說明，反電動勢波形也稱為正弦波)驅(qū)動該電動機時的各種信號 波形進行比較而示出的。在用矩形波驅(qū)動的情況下，矩形波的驅(qū)動電壓 被提供給線圈。驅(qū)動電流在起動時接近于矩形波，而當旋轉(zhuǎn)速度上升時 則驅(qū)動電流減小。這是因為，隨著旋轉(zhuǎn)速度的上升，反電動勢增加(圖2)。 然而，在用矩形波驅(qū)動中，即使旋轉(zhuǎn)速度上升，在驅(qū)動電壓切換的定時 (相位-mr)附近的電流值也不怎么減小，存在相當大的電流流動的傾 向。
另一方面，在用正弦波驅(qū)動的情況下，對驅(qū)動電壓進行PWM控帝U， 以使驅(qū)動電壓的有效值為正弦波形狀。驅(qū)動電流在起動時接近于正弦波， 而當旋轉(zhuǎn)速度上升時，由于反電動勢的影響而使驅(qū)動電流減小。在正弦 波驅(qū)動中，在驅(qū)動電壓的極性切換的定時(相位-im)附近，電流值大 幅減小。如圖2中說明那樣， 一般在驅(qū)動電壓的極性切換的定時附近， 電動機的能量轉(zhuǎn)換效率低。在正弦波驅(qū)動中，由于效率低的期間內(nèi)的電
流值小于矩形波驅(qū)動時的電流值，因而能以更高的效率驅(qū)動電動機。
圖15示出驅(qū)動電路150 (圖6)內(nèi)所包含的A相驅(qū)動電路120A和 B相驅(qū)動電路120B的另一構(gòu)成例。該驅(qū)動電路120A、 120B在構(gòu)成圖7 所示的驅(qū)動電路120A、 120B的晶體管的柵電極的前方設(shè)置有放大電路 122。另外，晶體管的類型也與圖7不同，而作為各晶體管可以使用任意 類型的晶體管。為了使本實施例的電動機在轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速較寬的動作范圍 內(nèi)驅(qū)動，優(yōu)選能可變地設(shè)定驅(qū)動電路120A、 120B的電源電壓VDD。在 改變了電源電壓VDD的情況下，提供給各晶體管的柵極電壓的驅(qū)動信號 DRVA1、 DRVA2、 DRVB1、 DRVB2的電平也與其成比例地改變。這樣， 可使用寬范圍的電源電壓VDD來驅(qū)動電動機。放大電路122是用于改變 驅(qū)動信號DRVA1、 DRVA2、 DRVB1、 DRVB2的電平的電路。另外，優(yōu) 選的是，圖6所示的驅(qū)動電路單元500的電源單元300將可變的電源電 壓VDD提供給驅(qū)動電路150。
圖16示出本實施例的電動機在無負載時的轉(zhuǎn)速。從該座標圖可以理 解，本實施例的電動機在無負載時以極穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)到極低轉(zhuǎn)速J其 原因是，由于不具有磁體的磁芯，因而不產(chǎn)生齒槽效應(yīng)。
圖17是示出圖6所示的再生控制部200和整流電路250的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 的圖。再生控制部200具有連接到總線102上的A相充電切換部202、 B 相充電切換部204以及電子可變電阻器206。 2個充電切換部202、 204 的輸出信號被提供給2個AND電路("與"電路)211、 212的輸入端子。
A相充電切換部202在回收來自A相線圈12A的再生電力的情況下， 輸出"1"電平的信號，在不回收的情況下輸出"0"電平的信號。B相 充電切換部204也是一樣。另外，這些信號電平的切換由CPU110進行。 另外，來自A相線圈12A的再生的有無和來自B相線圈12B的再生的有 無可以獨立設(shè)定。因此，例如也能在使用A相線圈12A來使電動機產(chǎn)生 驅(qū)動力的同時，由B相線圈12B再生電力。
另外，圖6所示的驅(qū)動控制部IOO也同樣可以構(gòu)成為能獨立地設(shè) 定是否使用A相線圈12A來產(chǎn)生驅(qū)動力和是否使用B相線圈12B來產(chǎn)生 驅(qū)動力。這樣，能在利用二相線圈12A、 12B中的任意一個來產(chǎn)生驅(qū)動
力并利用另一個來再生電力的運轉(zhuǎn)模式下運轉(zhuǎn)電動機。
電子可變電阻器206的兩端電壓被提供給4個電壓比較器221 224 的2個輸入端子中的一個。A相傳感器信號SSA和B相傳感器信號SSB 被提供給電壓比較器221 224的另 一個輸入端子。4個電壓比較器221 224的輸出信號TPA、 BTA、 TPB、 BTB可稱為"屏蔽信號"或"許可信 號"。
A相線圈用的屏蔽信號TPA、 BTA被輸入到OR電路231， B相線 圈用的屏蔽信號TPB、 BTB被輸入到另一 OR電路232。這些OR電路 231、 232的輸出被提供給上述的2個AND電路211、 212的輸入端子。 這些AND電路211、 212的輸出信號MSKA、 MSKB也稱為"屏蔽信號" 或"許可信號"。
另夕卜，4個電壓比較器221 224和OR電路231、 232的結(jié)構(gòu)與排列 2個圖13所示的勵磁區(qū)間設(shè)定部590內(nèi)的電壓比較器594、 596和OR電 路598時的結(jié)構(gòu)相同。因此，A相線圈用的OR電路231的輸出信號具有 與圖13 (B)所示的勵磁區(qū)間信號Ea相同的波形。并且，在A相充電切 換部202的輸出信號為"1"電平的情況下，從A相線圈用的AND電路 211輸出的屏蔽信號MSKA與OR電路231的輸出信號相同。這些動作 對于B相也是一樣。
整流電路250具有這樣的A相線圈用的電路，g卩包含多個二極管 的全波整流電路252， 2個選通晶體管261、 262，緩沖電路271，以及倒 相電路272 (NOT電路"非"電路)。另外，在B相線圈用電路中也設(shè) 有相同電路。選通晶體管261、 262與再生用的電源配線280連接。并且， 作為多個二極管，優(yōu)選使用低Vf特性優(yōu)良的肖特基二極管。
在電力再生時由A相線圈12A產(chǎn)生的交流電通過全波整流電路252 進行整流。A相線圈用的屏蔽信號MSKA及其反轉(zhuǎn)信號被提供給選通晶 體管261、 262的柵極，根據(jù)上述信號對選通晶體管261、 262進行接通/ 斷開控制。因此，在從電壓比較器221、 222輸出的屏蔽信號TPA、 BTA 中的至少一個為高電平的期間內(nèi)，再生電力被輸出到電源配線280，另一 方面，在屏蔽信號TPA、 BTA兩者為低電平的期間內(nèi)，禁止電力再生。
從以上說明可以理解，能使用再生控制部200和整流電路250來回 收再生電力。并且，再生控制部200和整流電路250根據(jù)A相線圈用的 屏蔽信號MSKA和B相線圈用的屏蔽信號MSKB來限制對來自A相線 圈12A和B相線圈12B的再生電力進行回收的期間，由此可調(diào)整再生電 力的數(shù)量。
如上所述，在第l實施例的無刷電動機中，軸部64被固定在定子部 10上，轉(zhuǎn)子部30以軸部64為中心旋轉(zhuǎn)，車輪部71等被驅(qū)動部件與轉(zhuǎn)子 部30連接，因而能在不使電動機的中心軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下使被驅(qū)動部件旋 轉(zhuǎn)。
C. 第1實施例的電動機結(jié)構(gòu)的變形例-
圖18是示出第1實施例的電動機結(jié)構(gòu)的另一例的說明圖。在上述第 1實施例中，在電動機的外周部安裝有車輪部71，然而代之也能安裝齒 輪71b，并將電動機主體作為齒輪的一部分來使用(圖18 (A))。并且， 還能取代齒輪71b而安裝滑輪71c (圖18 (B))。
D. 第2實施例的電動機結(jié)構(gòu)
圖19是示出第2實施例的電動機結(jié)構(gòu)的說明圖。與圖1所示的第1 實施例的不同點僅是，永久磁鐵32和線圈12只設(shè)置在支撐部件14的單 面上，而其他結(jié)構(gòu)與第1實施例相同。這樣，作為單面勵磁的電動機， 也能在不使電動機的中心軸旋轉(zhuǎn)的情況下使被驅(qū)動部件旋轉(zhuǎn)。
E. 第3實施例的電動機結(jié)構(gòu)
圖20是示出第3實施例的電動機結(jié)構(gòu)的說明圖。與圖1所示的第1 實施例的不同點僅是，永久磁鐵32配置在線圈12的外周側(cè)，而其他結(jié) 構(gòu)與第l實施例相同(圖20 (A))。并且，還能取代車輪部71而安裝葉 片71d，形成為風(fēng)扇電動機(圖20 (B))。這樣，即使永久磁鐵32和線 圈12的配置形成為與外轉(zhuǎn)子型的電動機相同的配置，也能在不使電動機 的中心軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下使被驅(qū)動部件旋轉(zhuǎn)。
F. 變形例
另外，本發(fā)明不限于上述的實施例和實施方式，在不背離其主旨的 范圍內(nèi)能以各種方式來實施，例如也能進行如下的變形。
Fl.變形例l:
在上述實施例和變形例中說明了 二相無刷電動機，然而本發(fā)明能應(yīng) 用于任意相數(shù)M的無刷電動機，其中M為1以上的整數(shù)。并且，各個相
的線圈組只要包含至少l個電磁線圈即可，然而優(yōu)選包含2個以上的電
磁線圈。
F2.變形例2:
在上述實施例中利用了模擬磁傳感器，然而也可以使用具有多值模 擬輸出的數(shù)字磁傳感器來取代模擬磁傳感器。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的方面是相同的。 另外，在本說明書中，"表示模擬變化的輸出信號"不是接通/斷開的二值 輸出，而是包含具有三值以上的多個電平的數(shù)字輸出信號和模擬輸出信 號兩者的廣義上使用的信號。
另外，也可以取代具有表示模擬變化的輸出信號的傳感器，而使用
具有二值數(shù)字輸出的數(shù)字磁傳感器。在該情況下，不需要圖8的ADC部 570和勵磁區(qū)間設(shè)定部590。因此，不進行勵磁區(qū)間的設(shè)定，并且不使用 正弦波驅(qū)動波形，因而效率低下，還產(chǎn)生振動/噪音，但是可利用廉價的 IC實現(xiàn)驅(qū)動控制電路。 F3.變形例3:
作為PWM電路，能采用圖IO所示的電路以外的各種電路結(jié)構(gòu)。例 如，可以利用通過將傳感器輸出和基準三角波相比較來進行PWM控制 的電路。并且，可以利用PWM控制以外的方法來生成驅(qū)動信號。并且， 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，還 能采用將傳感器輸出放大后生成模擬驅(qū)動信號的電路。
并且，在圖8中，也能將ADC部570更換為電壓比較器(比較器)。 在該情況下，由于采用矩形波驅(qū)動而不是正弦波驅(qū)動波形，因而效率下 降，還產(chǎn)生振動/噪音，不過可以利用廉價的IC實現(xiàn)驅(qū)動控制電路。
F4.變形例4:
本發(fā)明也能應(yīng)用于不包含再生電路的電動機和不包含驅(qū)動控制電路 的發(fā)電機。作為具體例，例如可應(yīng)用于投影儀的自動萬能工作臺、攝像
機的自動萬能工作臺、電動車輛、飛艇、直升飛機、噴氣發(fā)動機(加壓 部)、機器人、風(fēng)扇電動機、鐘表(指針驅(qū)動)、滾筒式洗衣機(單向驅(qū) 動)、過山車、振動電動機、玩具等各種裝置的電動機。
圖21是示出利用本發(fā)明實施例的電動機的鐵道車輛的說明圖。該鐵 道車輛1000具有電動機1010和車輪1020。該電動機1010驅(qū)動車輪1020。 而且，電動機1010在制動鐵道車輛1000時作為發(fā)電機被利用，能再生 電力。作為該電動機1010，可利用上述的各種無刷電動機。
F5.變形例5:
在上述實施例中，設(shè)置有用于拆裝的固定螺絲部50，然而可以去除 固定螺絲部50，而將輪部70和轉(zhuǎn)子部30形成為一體。
權(quán)利要求
1.一種無刷電動機，該無刷電動機包括定子，其具有電磁線圈和位置傳感器；軸部，其固定在所述定子上；以及轉(zhuǎn)子，其具有永久磁鐵并在所述軸部的周圍旋轉(zhuǎn)，所述轉(zhuǎn)子與通過所述無刷電動機來驅(qū)動的被驅(qū)動部件連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的無刷電動機，在所述軸部的內(nèi)部設(shè)置有用 于驅(qū)動所述無刷電動機的配線。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無刷電動機， 所述轉(zhuǎn)子具有將所述定子包入在所述轉(zhuǎn)子內(nèi)部的形狀， 所述永久磁鐵設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的無刷電動機，所述位置傳感 器包含磁傳感器，該磁傳感器根據(jù)所述定子和所述轉(zhuǎn)子的相對位置來輸 出表示模擬變化的輸出信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無刷電動機，所述定子還具有包含PWM 控制電路的控制電路，該PWM控制電路通過執(zhí)行利用所述磁傳感器的 輸出信號的模擬變化的PWM控制，來生成模擬所述磁傳感器的輸出信 號的模擬變化的驅(qū)動信號。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的無刷電動機，所述控制電路還具有再生電 路，該再生電路從所述電磁線圈再生電力。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無刷電動機，在所述軸部的內(nèi)部設(shè)置有用 于回收來自所述再生電路的再生電力的配線。 ，
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項所述的無刷電動機.，所述電磁線圈、 所述位置傳感器以及所述控制電路中的至少一部分利用樹脂覆蓋。
9. 一種裝置，該裝置具有根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的無刷電動機，以及 由所述無刷電動機來驅(qū)動的被驅(qū)動部件。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，所述裝置是移動體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的移動體，所述移動體是鐵道車輛。
全文摘要
本發(fā)明提供一種能在不使電動機的中心軸旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下使被驅(qū)動部件旋轉(zhuǎn)的無刷電動機。本發(fā)明的無刷電動機包括具有電磁線圈(12)和位置傳感器(40)的定子(10)，固定在定子(10)上的軸部(64)，以及具有永久磁鐵(32)并在軸部(64)的周圍旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子(30)。轉(zhuǎn)子(30)與通過無刷電動機來驅(qū)動的被驅(qū)動部件(70、71)連接。
文檔編號H02P6/16GK101359864SQ20081014472
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月31日
發(fā)明者中村和喜, 杉本守, 竹內(nèi)啟佐敏 申請人:精工愛普生株式會社