(57)【要約】【課題】多数の整流子片を有する直流機を無整流子化あるいはブラシレス化することによって、電流利用率が高い直流機を提供する。【解決手段】直流機１０１は、２ｍ極（ｍは整数）のＮ極とＳ極の磁極を有する回転子と、回転子の磁極ピッチに略等しいコイルピッチを有し、２π／ｎ（ｎは４ｍ以上の整数）位相をずらせて設けたｎ個のコイルを備えた固定子を有している。各コイルはそれぞれ２本の口出線を有しており、各口出線は、直流電源６０に接続された２個のスイッチング素子からなるハーフブリッジの２個のスイッチング素子の接続点に接続され、回転子２０の磁極の位置に応じて、各コイルに流れる電流が、回転子のＮ極に対向するコイルのコイル辺とＳ極に対向するコイルのコイル辺とが異なる方向となるように、スイッチング素子の導通・非導通を切り替える制御回路５０を備えている。【選択図】図１
2020068642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極の磁極を有する２ｍ極（ｍは整数）の回転子と、
該回転子の磁極ピッチに略等しいコイルピッチを有し、２π／ｎ（ｎは４ｍ以上の整数）位相をずらせて設けたｎ個のコイルを備えた固定子を有し、
各前記コイルはそれぞれ２本の口出線を有しており、各前記口出線は、プラス側電源線とマイナス側電源線に接続された２個のスイッチング素子からなるハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点に接続され、
前記回転子の磁極の位置に応じて、各前記コイルに流れる電流が、前記回転子の前記Ｎ極に対向する前記コイルのコイル辺と前記Ｓ極に対向する前記コイルのコイル辺とが異なる方向となるように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替える制御回路を備えたことを特徴とする、直流機。
【請求項２】
隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、同じ方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、該口出線の接続点に前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点が接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項３】
各前記コイルの２つの前記口出線が、他の前記コイルの他の前記口出線と接続されることなく、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項４】
前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、
前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項５】
前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルを直列接続され、
前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項６】
前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対に分け、該コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線を接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの口出線の接続点と両端の前記口出線に、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点が接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項７】
前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対と１つの単独コイルに分け、前記コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線が接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの前記口出線の接続点と両端の前記口出線が、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続され、前記単独コイルの両端の前記口出線がそれぞれ前記ハーフブリッジの接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項８】
前記制御回路が、前記回転子のＮ極とＳ極との境界近傍に対向する前記コイルの前記コイル辺に電流を流さないように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１に記載の直流機。
【請求項９】
各前記コイルが、前記固定子に形成したスロットに挿入されている、請求項１から８のいずれか１に記載の直流機。
【請求項１０】
前記回転子が、永久磁石回転子、あるいは、励磁コイルを有する回転子であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１に記載の直流機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流機に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流機において、直流モータは速度制御に優れるため、従来から、大型では電気車両用やクレーンなどに、また、小型では電動工具や自動車の電装用として用いられている。しかしながら、直流モータは、ブラシと整流子（コミュテータ）が搭載されており、モータの動作時は、整流器にブラシが押し当てられて摩耗が発生するため、ブラシや整流子のメンテナンスが必須となるとともに、機械的スイッチによるために電気ノイズや機械ノイズが発生するという課題があった。
【０００３】
このため、ブラシと整流子をインバータ回路に置き換えて、ブラシと整流子の除去を実現したブラシレスモータが開発されている。このブラシレスモータは、産業用電動機のほか、家電や事務機器にも広く採用されている（特許文献１参照）。しかしながら、現在、実用化されている多くのブラシレスモータは、３相のコイルを備えた同期モータであって、多数の整流子片を備えた直流モータの無接点化を図ったものではない。
【０００４】
最も基本的なブラシレスモータは、図２９に示すように、直流電源６０に接続された３つのハーフブリッジを構成する６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路に、三相モータのＵ、Ｖ，Ｗの各相のコイルが接続されている。このブラシレスモータは、磁石回転子を備え、磁石回転子の位置に基づいて、制御回路５０’が各トランジスタのスイッチングを順次切り替えることによって、３相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに１２０度通電駆動あるいは１８０度通電駆動と呼ばれる通電角制御による駆動を行うことによって、磁石回転子を回転させている。
【０００５】
例えば、１２０度通電駆動では、三相ブリッジ回路のすべての相のトランジスタを１２０度の期間オン状態にし、６０度の期間オフ状態にすることを繰り返している。また、１８０度通電駆動では、各トランジスタを１８０度間隔でオン状態とオフ状態を繰り返している。そして、各相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに接続されたトランジスタのスイッチングのタイミングを、それぞれ電気角で１２０度位相をずらすことによって各相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに位相のずれた電流を供給している。また、トルクムラを減少させるために、各相の巻線に、ＰＷＭによって正弦波駆動を行う場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１８６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、三相コイルを有するブラシレスモータは、原理的には、インバータを用いて各コイルに三相交流電流を供給する三相の永久磁石型同期モータと同じである。したがって、三相コイルを有するブラシレスモータは、電源が直流電源であるというだけで、多数の整流子片を有する直流モータを無整流子モータあるいはブラシレスモータとして構成したものではない。このため、各コイルに流れる電流は、例えば、最も一般的な１２０度通電駆動では、ゼロとなる期間があり、コイルに流す電流の利用率が低いという問題がある。また、正弦波駆動を行う場合も、コイルに流れる電流は正弦波状に増減するため、コイルに流せる電流の利用率は、直流を流す場合よりも低くなっている。
【０００８】
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、多数の整流子片を有する直流機を無整流子化あるいはブラシレス化することによって、ブラシ付き直流モータと同等のコイルの電流利用率が高い直流機を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、直流機であって、Ｎ極とＳ極の磁極を有する２ｍ極（ｍは整数）の回転子と、該回転子の磁極ピッチに略等しいコイルピッチを有し、２π／ｎ（ｎは４ｍ以上の整数）位相をずらせて設けたｎ個のコイルを備えた固定子を有し、各前記コイルはそれぞれ２本の口出線を有しており、各前記口出線は、直流電源のプラス側電源線とマイナス側電源線に接続された２個のスイッチング素子からなるハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点に接続され、前記回転子の磁極の位置に応じて、各前記コイルに流れる電流が、前記回転子の前記Ｎ極に対向する前記コイルのコイル辺と前記Ｓ極に対向する前記コイルのコイル辺とが異なる方向となるように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替える制御回路を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、同じ方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、該口出線の接続点に前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点が接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
第３の技術手段は、第１の技術手段において、各前記コイルの２つの前記口出線が、他の前記コイルの他の前記口出線と接続されることなく、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１２】
第４の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
第５の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルを直列接続され、前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第６の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対に分け、該コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線を接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの口出線の接続点と両端の前記口出線に、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点が接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
第７の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対と１つの単独コイルに分け、前記コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線が接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの前記口出線の接続点と両端の前記口出線が、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続され、前記単独コイルの両端の前記口出線がそれぞれ前記ハーフブリッジの接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第８の技術手段は、第１から第７のいずれか１の技術手段において、前記制御回路が、前記回転子のＮ極とＳ極との境界近傍に対向する前記コイル辺に電流を流さないように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替えることを特徴とするものである。
【００１７】
第９の技術手段は、第１から第８のいずれか１の技術手段において、各前記コイルが、前記固定子に形成したスロットに挿入されていることを特徴とするものである。
【００１８】
第１０の技術手段は、第１から第９のいずれか１の技術手段において、前記回転子が、永久磁石回転子、あるいは、励磁コイルを有する回転子であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、多数の整流子片を有する直流機を無整流子化あるいはブラシレス化することにとって、ブラシ付き直流モータと同等のコイルの電流利用率が高いモータを提供することができる。また、始動から低速時にトルクが大きく、電圧で回転速度を制御可能で、電気ノイズがない直流機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの概略を示す図である。
【図２】図１に示す直流モータのスイッチング回路と固定子巻線の展開を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図２４】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図２５】本発明の第６の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図２６】本発明の第６の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図２７】本発明の第６の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図２８】本発明の第６の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図２９】従来のブラシレスモータの概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の直流機に係る好適な実施形態について、直流モータを例に説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。また、以下の説明では、固定子にスロットを形成したインナーロータ型の直流モータを例に説明するが、本発明の直流モータは、スロットレスモータ、アウターロータ型モータ、あるいは、アキシャルギャップ型等の直流モータとして構成してもよい。さらに、以下で説明する直流モータは、従来のブラシ付き直流モータと同様に発電機としても機能するものであり、その構造は直流モータと同様である。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの概略を示す図であり、図２は、図１に示す直流モータのスイッチング回路と固定子巻線のみを示した図である。また、図３は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。直流モータ１０１は、固定子１０、回転子２０、スイッチング回路３０、位置検出センサ４０、および、制御回路５０を備えており、スイッチング回路３０には直流電源６０が接続される。本実施形態を含むすべての実施形態において、簡単化のため、回転子２０の極数を２ｍ（ｍは整数）とした場合にｍが１の場合であるＮ極とＳ極の２極の場合について説明する。また、図面によっては、簡略化のため、図３ではトランジスタをスイッチの記号として表現し、後述する図４では方形のブロックとして表現しているが、これらのトランジスタは、図１に示すフリーホイルダイオードを備えたトランジスタと同様のものである。トランジスタの表現については、他の実施形態の図面についても同様である。
【００２３】
固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態ではｎ＝９）個のスロット（溝）を形成したケイ素鋼板を積層した固定子コア１１と、固定子コア１１の各スロットに収納した９個のコイルＡ〜Ｉからなる固定子巻線１２を備えている。本発明の固定子巻線は２層巻きとなっている。以下の説明では、例えば、「Ａ」の符号については、「コイルＡ」と「コイル辺Ａ」の両者に用いるが、「コイルＡ」は、回転子２０の磁極幅だけ隔てた２つのスロットに収納されたコイル辺Ａとコイル辺ａと、これらの２つのコイル辺Ａ，ａを接続するコイル端と、２本の口出線を有するものを意味し、「コイル辺Ａ」と記す場合は、コイルＡの２つのコイル辺の一方のコイル辺Ａを示すものとする。他のコイルＢ〜Ｉについても同様である。本発明において、コイル辺は、回転子２０の磁界の磁力線が直角に交差するコイル部分である。
【００２４】
９個のコイルＡ〜Ｉの各コイル辺は、それぞれで２π／ｎの位相をずらせてスロットに収納されている。コイル数が異なる他の実施形態においても同様である。コイル数ｎが奇数の場合、スロット数も奇数となる。この場合、９個のコイルＡ〜Ｉのそれぞれのコイル辺は、一方のコイル辺を収めたスロットとこのスロットから回転子２０の磁極ピッチ（本実施形態では２極機であるため１８０°）内で最も磁極ピッチに近いスロットに他方のコイル辺が収められる。換言すれば、各コイルの２つのコイル辺は、ｎ／２の商、すなわち、４（９÷２＝４・・・１）個離れたスロットに収納される。本発明で、回転子の磁極ピッチとは、回転子の隣り合う磁極同士の間隔（角度）を意味する。例えば、回転子に、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極の４個の磁極を有する４極機の場合は、隣り合うＮ極とＳ極との間隔であり、磁極ピッチは９０°となる。
【００２５】
なお、２極機でスロット数が偶数の場合は、各コイルの２つのコイル辺は１８０°離れた位置のスロットに収められる。すなわち、スロット数が偶数の場合は、全節巻となり、コイルピッチは磁極ピッチと等しくなる。また、スロット数が奇数の場合は、短節巻となり、コイルピッチは磁極ピッチよりも短くなるが最も磁極ピッチに近くなるように設けられる。本発明では、スロットを有する固定子の場合に、コイルピッチが磁極ピッチと等しい場合および磁極ピッチよりも短いが最も磁極ピッチに近い場合の両者を含めて、回転子の磁極ピッチに略等しいコイルピッチという。
【００２６】
９個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝９）を有して設けられているため、コイルＡ〜Ｉは、２π／９の位相差を有して各スロットに収納されている。コイルの数は、奇数、偶数を問わず４個以上であればよい。このため、スロットを有する固定子の場合、コイルが収納される固定子のスロット数も４個以上となる。図１に示す直流モータは、２極のロータと９個のスロットに収納したコイルＡ〜Ｉと９個の整流子片を備えたブラシ付き直流モータに相当する。
【００２７】
固定子巻線１２に関して、より具体的には、コイルＡは、コイル辺Ａが収納されるスロットとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ａとを有している。また、コイルＢは、コイル辺Ａが収納されるスロットに隣接したスロットに収納されるコイル辺Ｂとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ｂとを有している。さらに、コイルＣは、コイル辺Ｂが収納されるスロットに隣接したスロットに収納されるコイル辺Ｃとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ｃとを有している。以降、コイルＤ〜Ｉについても同様であり、コイルＩは、コイル辺Ｈが収納されるスロットに隣接したスロットに収納されるコイル辺Ｉとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ｉとを有している。
【００２８】
これにより、コイル辺Ａとコイル辺ｆ、コイル辺Ｂとコイル辺ｇ、コイル辺Ｃとコイル辺ｈ、コイル辺Ｄとコイル辺ｉ、コイル辺Ｅとコイル辺ａ、コイル辺Ｆとコイル辺ｂ、コイル辺Ｇとコイル辺ｃ、コイル辺Ｈとコイル辺ｄ、および、コイル辺Ｉとコイル辺ｅがそれぞれ同じスロット内に収納される。
【００２９】
本実施形態では、図３の等価回路から明らかなように、９個の各コイルＡからコイルＩはそれぞれが直列接続されており、全体で環状の閉ループが形成されている。そして各コイルの接続点は、それぞれスイッチング素子であるトランジスタを介して、直流電源６０のプラス側電源線６１およびマイナス側電源線６２に接続されている。具体的には、コイルＩのコイル辺ｉ側の口出線と隣接するコイルＡのコイル辺Ａ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＡ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＡ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。また、コイルＡのコイル辺ａ側の口出線と隣接するコイルＢのコイル辺Ｂ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＢ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＢ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。以降、順次同様であり、コイルＨのコイル辺ｈ側の口出線とコイルＩのコイル辺Ｉ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＩ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＩ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。
【００３０】
図１〜３に示すように、本実施形態では、隣接する２つのコイルに電流を流した際に、２つのコイルが共通に取り囲む領域において、同じ方向の磁界が発生するように、隣接するコイルの口出線が順次接続されて、各コイルが環状に直列接続されている。例えば、隣接する２つのコイルＢ，Ｃに注目すると、コイル辺Ｂの口出線からコイル辺ｃの口出線へ電流を流した際に、コイルＢとコイルＣに生じる磁束は、２つのコイルＢ，Ｃが共通に取り囲む領域に対しては同方向の磁界が発生する。このようなコイルの接続形態を、本発明では順方向接続という。
【００３１】
また、各口出線の接続点には、ハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点が接続されている。そのため、スイッチング回路３０は、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の９個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の９個のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２とを備えており、プラス電源側の９個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１と、マイナス電源側の９個のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２とは、それぞれ対をなしてハーフブリッジを構成している。
【００３２】
図２に示すように、プラス電源側の複数のトランジスタＴＡ１〜ＴＨ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＨ２の接続点を直流モータの整流子片と仮定した場合、各コイルＡ〜Ｉは、一方の口出線と他方の口出線とが隣接する整流子片に接続される。本実施形態では、各コイルＡ〜Ｈは，直流モータにおける重ね巻と同様の固定子巻線構造となっている。
【００３３】
回転子２０は図示しない軸を中心に回転可能に設けられており、本実施形態では永久磁石を備えている。回転子２０は永久磁石回転子に限る必要はなく、励磁コイルを備えたものでもよい。また、説明を簡単にするために、本実施形態では、回転子２０の極数は２極としているが、２極より多くても構わない。例えば、回転子を４極（ｍ＝２）とし、本実施形態と同様の構成をとる場合は、例えば、回転子２極当たりに９個のコイルを配置すればよく、１８個のスロットに１８個のコイルを収納した固定子巻線とする。但し、スイッチング回路３０のトランジスタの数と後述する位置検出センサ４０のセンサの数は２倍にする必要はない。この場合、１８０°の対称位置にあるコイルの口出線を同じハーフブリッジの２個のトランジスタ素子の接続点に接続すればよい。なお、回転子が４（ｍ＝２）極の場合は、固定子１０のスロット数は８（＝４ｍ）個以上であればよい。
【００３４】
位置検出センサ４０は、回転子２０の回転位置を検出するためのものであり、本実施形態では、スロット数あるいはコイル数に等しいｎ個（ｎ＝９）のホール素子からなるセンサＳａ〜Ｓｉが用いられる。図１では、固定子１０のスロットの箇所にセンサＳａ〜Ｓｉが位置するように図示されているが、実際は、固定子１０から軸方向に離間させた位置に設けてよい。ホール素子からなるセンサＳａ〜Ｓｉは回転子２０の磁界を検出する一例であり、部品が小さく構成が簡単であるが、可飽和コイルを用いたセンサや、非接触で回転子２０の位置を検出できるものであれば光検出素子によるアブソリュートエンコーダを用いてもよい。センサＳａ〜Ｓｉは、例えば、回転子２０のＮ極が対向している際に論理値“Ｈ”を出力し、Ｓ極が対向しているときに論理値“Ｌ”を出力するように調整されている。なお、回転子２０の位置検出のためには、ホール素子のほか、レゾルバを用いてもよい。この場合、回転子２０の回転角を算出することになる。
【００３５】
制御回路５０は、位置検出センサ４０からの回転子２０の位置信号を受けて、スイッチング回路３０のプラス側電源線６１に接続されたトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１、および、マイナス側電源線６２に接続されたトランジスタＴＢ１〜ＴＩ２のオン・オフ状態を切り替えることによって、各コイルＡ〜Ｉに流れる電流の方向を切り換えている。
【００３６】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。図４に示す制御回路５０は、９個のセンサＳａ〜Ｓｉの信号を受けて、スイッチング素子である１８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｉ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２側を下流側とした場合、図４に示す第１段目５１の９個のＸＯＲ（排他的論理和）回路と、第２段目５２の９個のＸＯＲ回路と、第３段目５３の９個のＮＯＴ（否定）回路と、第４段目５４の１８個のＡＮＤ（論理積）回路、および、第５段目５５の増幅器を備えている。第４段目５４のＡＮＤ回路は９個のコイルに対応した対をなしており、その出力信号は第５段目５５の増幅器で増幅されて各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２のゲートに供給されている。一対のＡＮＤ回路は、直流電源６０のプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に直列接続したハーフブリッジを構成する一対のトランジスタの各ゲートに接続される。
【００３７】
例えば、コイルＣとコイルＤ（コイル辺ｃとコイル辺Ｄ）の口出線の接続点に接続されたハーフブリッジを構成するトランジスタＴＤ１，ＴＤ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子、例えば、センサＳｃとＳｄからの信号が、第１段目５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第４段目５４の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、センサＳｃからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが、第２段目５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第４段目５４のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第３段目５３のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第４段目５４の対となるＡＮＤ回路の出力値は同時に“Ｈ”になることはない。
【００３８】
センサＳａ〜Ｓｉは、各トランジスタをスイッチングすることによって各コイルＡ〜Ｉに電流を流した際に、回転子２０にトルクが作用するように所定の位置に配設される。例えば、回転子２０のＮ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向している状態（以下、この状態を「ケース１」という。）とすると、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉの出力は“Ｈ”となり、センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、トランジスタＴＡ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＥ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。
【００３９】
これにより、プラス電源側のトランジスタＴＡ１とマイナス電源側のトランジスタＴＥ２のみがオン状態となる。直流電源６０からの電流は、プラス側電源線６１、トランジスタＴＡ１を経て、コイルＡ、コイルＢ、コイルＣ、コイルＤの順に直列接続された１つのコイル群に流れる経路と、コイルＩ、コイルＨ、コイルＧ、コイルＦ、コイルＥの順に直列接続されたもう１つのコイル群に流れる経路に分かれ、さらに、トランジスタＴＥ２を経由してマイナス側電源線６２に流れる。
【００４０】
図５は、スイッチング素子のオン・オフのタイミングを説明するための図である。図５において、ｔ１１からｔ６は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の９個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の９個のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のうち、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。ケース１の場合は、図５の時刻ｔ１１に示す状態にある。
【００４１】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。ケース１（時刻ｔ１１）の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図６（Ａ）に示すように、コイル辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ、Ｉ，ａ、ｂ、ｃ、ｄには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ｅとコイル辺Ｉには互いに逆方向に電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図６（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｉを収納したスロット位置からコイル辺ｉ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ、Ｅを収納したスロットとの中間位置に向かう方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００４２】
時刻ｔ１１の状態から、さらに回転子２０が反時計方向に回転子すると、図６（Ｂ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向する。これにより、トランジスタＴＡ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＦ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。そして、図５の時刻ｔ１２に図示するように、トランジスタＴＡ１とトランジスタＴＦ２のみがオン状態となり、他のトランジスタは全てオフ状態となる。
【００４３】
この状態では、直流電源６０からの電流は、コイルＡ、コイルＢ、コイルＣ、コイルＤ、コイルＥの経路のコイル群と、コイルＩ、コイルＨ、コイルＧ、コイルＦの経路のコイル群に分かれて流れるため、図６（Ｂ）に示すように、コイル辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ｅには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，ａ，ｂ，ｃ，ｄには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ａとコイル辺Ｅには互いに逆方向に電流が流れる。このため、固定子１０の内部には、図６（Ｂ）に示す回転子２０のＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｉを収納したスロットとコイル辺ｆ，Ａを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ａ，Ｅを収納したスロット位置に向かう方向）の磁界が発生する。この磁界より、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、反時計方向に回転する。
【００４４】
さらに回転子２０が反時計方向に回転子すると、回転子２０のＮ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉ、Ｓａに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向する。これにより、トランジスタＴＢ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＦ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。そして、図５の時刻ｔ１３に図示するように、トランジスタＴＢ１とトランジスタＴＦ２のみがオン状態となり、他のトランジスタは全てオフ状態となる。
【００４５】
この状態では、直流電源６０からの電流は、コイルＢ、コイルＣ、コイルＤ、コイルＥの経路のコイル群と、コイルＡ，コイルＩ、コイルＨ、コイルＧ、コイルＦの経路のコイル群に分かれて流れるため、図６（Ｃ）に示すように、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ａには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ｆとコイル辺Ａには互いに逆方向に電流が流れる。このため、固定子１０の内部には、図６（Ｃ）に示す回転子２０のＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ，Ａを収納したスロット位置からコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットとコイル辺ｂ、Ｆを収納したスロットとの中間位置に向かう方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、反時計方向に回転する。
【００４６】
以降、同様に、回転子２０が反時計方向のトルクを受けて、反時計方向に回転するにしたがって、位置検出センサ４０の各センサＳａ〜Ｓｉの信号出力が変化し、これに伴って、図１に示すプラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態にあるトランジスタが切り替わる。これによって、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。なお、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３の間に、回転子２０は２π／９、すなわち４０°回転している。
【００４７】
図５に示すように、固定子巻線として奇数個（９個）のコイルＡ〜Ｉがある場合、プラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１のオン状態の切り替えと、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態の切り替えは、交互に行われる。すなわち、時刻ｔ１２では時刻ｔ１１の状態から、マイナス電源側のトランジスタＴＥ２に代わってＴＦ２がオン状態になり、時刻ｔ１３ではプラス電源側のトランジスタＴＡ１に代わってＴＢ１がオン状態になり、時刻ｔ１４ではマイナス電源側のトランジスタＴＦ２に代わってＴＧ２がオン状態になり、さらに、時刻ｔ１５ではプラス電源側のトランジスタＴＢ１に代わってＴＣ１がオン状態になる。なお、固定子１０のスロットの数が偶数の場合は、プラス電源側のトランジスタとマイナス電源側のトランジスタは、同じタイミングでオン状態が切り替わる。
【００４８】
次に、ケース１の場合であって、例えば、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、トランジスタＴＥ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＡ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。これにより、直流電源６０からの電流は、プラス側電源線６１、トランジスタＴＥ１を経て、コイルＤ、コイルＣ、コイルＢ、コイルＡの順に直列接続された１つのコイル群に流れる経路と、コイルＥ、コイルＦ、コイルＧ、コイルＨ、コイルＩの順に直列接続されたもう１つのコイル群に流れる経路に分かれ、さらに、トランジスタＴＥ２を経てマイナス側電源線６２に流れる。
【００４９】
そして、各コイル群に流れる電流によって、コイル辺Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ、ａ，ｂ，ｃ，ｄには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ｅとコイル辺Ｉには互いに逆方向に電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｉ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ、Ｅを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｅ，Ｉを収納したスロット位置に向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では逆回転方向である時計方向に回転する。以降、正回転方向の場合と同様に、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転を続ける。このように、本実施形態の直流モータ１０１は、回転子２０の磁極の位置に応じて、回転子のＮ極に対向するコイルのコイル辺とＳ極に対向するコイルのコイル辺とに流れる電流の方向が異なる方向となるように、制御回路５０がスイッチング素子である各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２の導通・非導通を切り替えている。
【００５０】
このように、本実施形態では、回転子２０の磁極ＮＳの位置に応じて、各コイルに流れる電流が、回転子のＮ極に対向するコイルのコイル辺とＳ極に対向するコイルのコイル辺とが異なる方向となるように、スイッチング素子の導通・非導通を切り替えている。
【００５１】
次に、プラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１あるいはマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態にあるトランジスタを切り替える際の切り替え方法について説明する。例えば、図５に示す時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にかけて、マイナス電源側のトランジスタＴＥ２がオン状態からオフ状態に、また、これに伴い、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２がオフ状態からオン状態に切り替わる。これによって、コイルＥに流れる電流の方向が、時刻ｔ１１と時刻ｔ１２とでは反対方向に切り替わることになる。
【００５２】
この場合、トランジスタＴＥ２からＴＦ２へオン状態の切り替え方法として、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２をオン状態にする際に、同時にトランジスタＴＥ２をオフするのではなく、トランジスタＴＦ２をオン状態にした際に、トランジスタＴＥ２については微小時間だけオン状態を保つようにし、その後、トランジスタＴＥ２をオフ状態にする。このため、コイルＥについては、微小時間だけ短絡された状態となる。これは、ブラシ付き直流電動機において、ブラシが隣接する整流子片に跨って接触した際に、コイルが短絡される現象と同じであり、トランジスタＴＥ２とトランジスタＴＦ２とを同時に開閉する場合よりも、安定的にコイルに流れる電流を切り替えることができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。説明の便宜上、固定子巻線のコイル数が８つの場合を示している。図８は、第２の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図９は、第２の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図１０は、本発明の第２の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【００５４】
本実施形態の直流モータ１０２は、プラス側電源線６１とマイナス側電源線６２との間に、各コイルＡ〜Ｈがトランジスタを介して並列に接続されたものである。固定子コアは８個のスロットを有しており、８個のスロットに収納された各コイルＡ〜Ｈは、第１の実施形態と同様に、ｎ／２ｍの商、すなわち、４（８÷２＝４）個離れたスロットに収納されている。固定子の構成につては、各コイルＡ〜Ｈの結線方法が異なるだけで、後述する第３の実施形態と同じである。また、回転子の構成も第１の実施形態と同じである。位置検出センサのセンサＳａ〜Ｓｈについても数が異なるだけで、第１の実施形態と同様であり、本実施形態では８個のセンサＳａ〜Ｓｈを備えている。
【００５５】
そして、図７に示すように、例えば、コイルＡの場合、コイルＡの一方の口出線を、それぞれプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に接続されるハーフブリッジを構成するトランジスタＴＡ１とＴＡ２の接続点に接続し、コイルＡの他方の口出線を、それぞれプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に接続されるハーフブリッジを構成するトランジスタＴＡ３とＴＡ４の接続点に接続している。他のコイルＢ〜Ｈについても同様である。すなわち、各コイルＡ〜Ｈの２つの口出線は、それぞれハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点に接続されており、各コイルＡ〜Ｈは、いわゆるフルブリッジあるいはＨブリッジを構成する４個のスイッチング素子によって、直流電源６０のプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に接続される。このように、第２の実施形態では、各コイルは他のコイルと接続されていない。また、スイッチング素子であるトランジスタの数は、第１の実施形態の２倍の数だけ必要となる。
【００５６】
第２の実施形態では、各コイルＡ〜Ｈは、それぞれ４つのトランジスタによって通電される。例えば、コイルＡに関して電源から電流を供給する場合は、いわゆるＨブリッジを構成するトランジスタＴＡ１〜ＴＡ４の対角にあるトランジスタＴＡ１とＴＡ４の組が同時にオン・オフ制御するか、あるいは、トランジスタＴＡ２とＴＡ３の組が同時にオン・オフ制御する。他のコイルＢ〜Ｈについても同様であり、図９では、これらの組を２段に分けて表している。上段の組をオン状態にした場合は、コイルを流れる電流は、図７で示す紙面左側から右側に向けて流れ、下段の組をオン状態にした場合は、コイルを流れる電流は、図７で示す紙面右側から左側に向けて流れる。また、図９では、ｔ２１〜ｔ２５は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。
【００５７】
次に、本実施形態に係る直流モータにおける制御回路について説明する。図８に示す制御回路１５０は８個のセンサＳａ〜Ｓｈの信号を受けて、スイッチング素子である３２個のトランジスタＴＡ１〜ＴＨ４のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路１５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｈ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＨ４側を下流側とした場合、図８に示す第１段目１５１の８個のＸＯＲ回路と、第２段目１５２の８個のＸＯＲ回路と８個のＮＯＴ回路、第３段目１５３の８個のＮＯＴ回路と、第４段目１５４の１６個のＡＮＤ回路、および、第５段目１５５の３２個の増幅器を備えている。
【００５８】
例えば、コイルＡの口出線の接続点に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＡ１〜ＴＤ４に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳａとＳｂからの信号が第１段目１５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第２段目１５２のＮＯＴ回路を経て、一方のハーフブリッジを構成する一対のトランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された第４段目１５４の一対のＡＮＤ回路に入力される。また、センサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目１５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、増幅器を介して直接トランジスタＴＡ４と、トランジスタＴＡ１に接続された第４段目１５４のＡＮＤ回路に入力され、さらに、第２段目１５２のＸＯＲ回路の出力は、第３段目のＮＯＴ回路を経て、直接トランジスタＴＡ４と、トランジスタＴＡ１に接続された第４段目１５４のＡＮＤ回路に入力される。このため、トランジスタＴＡ１，ＴＡ２は同時にオン状態になることはなく、同様に、トランジスタＴＡ３，ＴＡ４も同時にオン状態になることはない。
【００５９】
例えば、回転子２０のＮ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓａに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向している状態（以下、この状態を「ケース２」という。）とすると、センサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓａの出力は“Ｈ”となり、センサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、図９の時刻ｔ２１で示すように、トランジスタＴＢ１，ＴＢ４、ＴＣ１、ＴＣ４、ＴＤ１、ＴＤ４、ＴＦ２，ＴＦ３，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＨ２，ＴＨ３がオン状態になり、それ以外のトランジスタはオフ状態となる。これにより、図７示す等価回路において、コイルＢ，Ｃ，Ｄには紙面の左側から右側に電流が流れ、コイルＦ，Ｇ，Ｈには紙面の右側から左側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＡ１〜ＴＡ４およびトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４はオフ状態となるため、コイルＡとコイルＥには電流が流れない。
【００６０】
ケース２の状態において、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ａ）に示す時刻ｔ２１の図に示すようになり、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｆ，ｇ，ｈには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ、ｂ、ｃ、ｄには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ａを収納したスロットからコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００６１】
以降、回転子２０が回転すると、センサＳａ〜Ｓｈに対向する回転子２０のＮ極とＳ極が変化する。回転子２０が図１０（Ａ）に示す位置から図１０（Ｂ）に示すように反時計方向に４５°回転した時刻ｔ２２の位置では、回転子２０のＮ極がセンサＳｇ，Ｓｈ，Ｓａ，Ｓｂに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｃ，Ｓｄ，Ｓｅ，Ｓｆに対向する。この状態では、図９の時刻ｔ２２において太枠で囲みハッチングを施したトランジスタがオン状態になる。これにより、図７の等価回路において、コイルＣ，Ｄ，Ｅには紙面の左側から右側に電流が流れ、コイルＧ，Ｈ，Ａには紙面の右側から左側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＢ１〜ＴＢ４およびトランジスタＴＦ１〜ＴＦ４はオフ状態となるため、コイルＡとコイルＥには電流が流れない。
【００６２】
このとき、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ｂ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，Ｅ，ｇ，ｈ，ａには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｇ，Ｈ，Ａ，ｃ，ｄ，ｅには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ｂ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ、Ｂを収納したスロットからコイル辺ｂ，Ｆを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００６３】
さらに、図１０（Ｃ）に示すように回転子２０が反時計方向に４５度回転した位置では、回転子２０のＮ極がセンサＳｈ，Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｄ，Ｓｅ，Ｓｆ，Ｓｇに対向する。この状態では、図９の時刻ｔ２３において太枠で囲みハッチングを施したトランジスタがオン状態になる。これにより、図７の等価回路において、コイルＤ，Ｅ，Ｆには紙面の左側から右側に電流が流れ、コイルＨ，Ａ，Ｂには紙面の右側から左側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＣ１〜ＴＣ４およびトランジスタＴＧ１〜ＴＧ４はオフ状態となるため、コイルＣ、コイルＥには電流が流れない。
【００６４】
このとき、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ｃ）に示すように、コイル辺Ｄ，Ｅ，Ｆ，ｈ，ａ，ｂには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｈ，Ａ，Ｂ，ｄ，ｅ，ｆには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ｂ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｇ、Ｃを収納したスロットからコイル辺ｃ，Ｇを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、さらに反時計方向に回転する。以降、同様にして、各トランジスタのオン状態。オフ状態は、図９の時刻ｔ２１から時刻ｔ２５に示すように切り替わり、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。
【００６５】
また、ケース２の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、トランジスタＴＢ２，ＴＢ３、ＴＣ２、ＴＣ３、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＦ１，ＴＦ４，ＴＧ１，ＴＧ４，ＴＨ１，ＴＨ４がオン状態になり、それ以外のトランジスタはオフ状態となる。これにより、図７の等価回路において、コイルＢ，Ｃ，Ｄには紙面の右側から左側に電流が流れ、コイルＦ，Ｇ，Ｈには紙面の左側から右側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＡ１〜ＴＡ４およびトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４はオフ状態となるため、コイルＡとコイルＥには電流が流れない。
【００６６】
このとき、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ａ）に示す時刻ｔ２１の図に示す電流の方向とは逆向きの電流が流れる。すなわち、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｆ，ｇ，ｈには紙面奥から手前に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ、ｂ、ｃ、ｄには紙面手前から奥に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ａ，Ｅを収納したスロットからコイル辺ｅ，Ａを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では逆回転方向である時計方向に回転する。以降、同様にして、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【００６７】
第２の実施形態では、例えば、図１０（Ａ）に示す位置に回転子２０がある場合、回転子２０の磁極ＮＳの境界では、回転子２０の界磁による磁束密度はほぼゼロとなるため、この境界に位置するスロットに収納されたコイルＡとＥには逆起電力が発生しない。このため、コイルＡとＥを直流電源６０に接続すると、過電流が流れるおそれがある。このため、第２の実施形態では、回転子２０の極性が切り替わる位置に対向するスロットに収納されたコイルに対しては、このコイルの口出線に接続した少なくとも一方のハーフブリッジのトランジスタを非導通にすることによって、直流電源６０からの電流を流さないブランキング期間を設けている。本発明では、電流が流れないブランキング期間にあるコイルをブランキングコイルと呼ぶ。本実施形態では、ブランキングコイルは、磁極ＮＳの境界付近に位置する２個のコイルとなる。
【００６８】
直流モータの駆動時には、第２の実施形態では、各コイルは直流電源６０に対して並列に接続されるのに対して、第１の実施形態では、各コイルは直流電源６０に対して直列に接続される。第１の実施形態では、複数のコイルは閉ループを形成するように直列され、複数のコイルは２つのコイル群に分けられてそれぞれに電流が流れるように、スイッチング回路のトランジスタのオン・オフが切り替えられる。この場合、オン状態にあるトランジスタは、プラス側電源線６１に接続されたトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１のうちの１つと、マイナス側電源線６２に接続されたトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のうちの１つの計２つである。ここで、各コイルに流す所定の電流値をＬアンペアとした場合、各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２には、２Ｌアンペアの電流容量が必要となる。
【００６９】
また、第１の実施形態では、直列接続された各コイルに所定のＬアンペアを流すために、直流電源６０の電圧を大きくする必要があるため、各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２には耐圧の大きなトランジスタを用いる必要がある。この傾向は、直流モータの回転を滑らかにするために、固定子１０のスロット数を増やしてコイル数を増やした場合に顕著に現れる。
【００７０】
一方、第２の実施形態に係る直流モータでは、各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ４は、所定の電流値Ｌアンペアを流せる容量があればよいため、第１の実施形態に係る直流モータに比べて電流容量の小さなトランジスタを用いることができる。さらに、第２の実施形態に係る直流モータは、第１、第２の実施形態に係る直流モータに比べて、直流電源６０の電源電圧も小さくでき、トランジスタの耐圧も小さなものを使用できる。
【００７１】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図であり、図１２は、第３の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。本実施形態の直流モータ１０３の固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では８）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コア１１と、２層巻きで固定子コアの各スロットに収納した９個のコイルＡ〜Ｈからなる固定子巻線１２を備えている。この構成については、コイル数が異なるだけで第２の実施形態と同様である。
【００７２】
隣接する８個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝８）を有して設けられている。各コイルＡ〜Ｈは、２極機でスロット数が偶数の場合であるため、各コイルの２つのコイル辺が１８０°離れた位置のスロットに収められる。このため、本実施形態ではコイルピッチは磁極ピッチと等しくなる。また、隣接するコイルＡ〜Ｈは、２π／８（＝４５°）の位相差を有しており、各コイルＡ〜Ｈも隣接するコイルとは４５°の位相差を有している。また、回転子２０およびセンサＳａ〜Ｓｈの構成も第２の実施形態と同様である。
【００７３】
第３の実施形態では、各コイルＡ〜Ｈは直列接続されるが、隣接する２つのコイルに電流を流した際に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、２つの隣接するコイルの口出線が順次接続されて環状に直列接続される。そして、口出線の各接続点が、それぞれ直流電源のプラス側電源線とマイナス側電源線に接続されたハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点に接続されている。
【００７４】
より具体的には、コイルＨのコイル辺Ｈ側の口出線が隣接するコイルＡのコイル辺Ａの口出し線に接続され、その接続点はトランジスタＴＡ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＡ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。また、コイルＡのコイル辺ａ側の口出線と隣接するコイルＢのコイル辺ｂ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＢ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＢ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。さらに、コイルＢのコイル辺Ｂ側の口出線と隣接するコイルＣのコイル辺Ｃ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＣ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＣ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。以降、順次同様であり、コイルＧのコイル辺ｇ側の口出線とコイルＨのコイル辺ｈ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＨ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＨ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。
【００７５】
したがって、直列接続された隣接する２つのコイル、例えば、隣接する２つのコイルＢ，Ｃに注目すると、コイル辺ｂの口出線からコイル辺ｃの口出線へ電流を流した際に、コイルＢとコイルＣに生じる磁束は、２つのコイルＢ，Ｃが共通に取り囲む領域に対しては逆方向の磁界が発生する。このようなコイルの接続形態を、本発明では逆方向接続という。
【００７６】
次に、第３の実施形態に係る直流モータ１０３の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図１３は、本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図１４は、第３の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図１５は、第３の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【００７７】
図１３に示す制御回路２５０は８個のセンサＳａ〜Ｓｈの信号を受けて、スイッチング素子である１６個のトランジスタＴＡ１〜ＴＨ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路２５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｈ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＨ２側を下流側とした場合、第１段目２５１の８個のＸＯＲ回路と、第２段目２５２の８個のＸＯＲ回路、第３段目２５３の４個のＮＯＴ回路、第４段目２５４の１２個のＮＯＴ回路、第５段目２５５の１６個のＡＮＤ回路、および、第６段目２５６の１６個の増幅器を備えている。
【００７８】
例えば、コイルＣとコイルＤ（コイル辺ｃとコイル辺ｄ）の口出線の接続点に接続されたハーフブリッジを構成するトランジスタＴＤ１とＴＤ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳａとＳｂからの信号が第１段目２５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第４段目２５４のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第５段目２５５の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、一方のセンサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目２５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第５段目２５５のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第４段目２５４のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第５段目２５５の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【００７９】
例えば、図１５（Ａ）で示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈに対向している状態（以下、この状態を「ケース３」という。）とすると、センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｈ”となり、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、トランジスタＴＡ２、ＴＢ１，ＴＤ２、ＴＥ１，ＴＦ２，ＴＨ１の各ゲートに接続される第５段目２５５のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。この状態の各トランジスタのオン・オフの状態は、図１４の時刻ｔ３１に示される。同図において、ｔ３１からｔ３６は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＨ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の８個のトランジスタＴＡ２〜ＴＨ２のうち、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。
【００８０】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈには、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＢ、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＧ、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＨ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流が流れる。
【００８１】
ケース３（時刻ｔ３１）の状態においては、各コイルに流れる電流によって、図１５（Ａ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ、ｇ，ｈ，ａ，ｂには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｇ，Ｈ，Ａ，Ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。これにより、固定子１０の内部には、図１５（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ，Ｂを収納したスロットとコイル辺ｇ，Ｃを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｂ，Ｆを収納したスロットとコイル辺ｃ，Ｇを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００８２】
なお、この状態においてコイルＢ，Ｃの２コイルと、コイルＦ，Ｇの２コイルは直流電源６０に対して直列接続された状態で接続されるため、直流電源６０に対して単独に接続される他のコイルＡ，Ｄ，Ｅ，Ｈよりも流れる電流値は小さくなる。
【００８３】
時刻ｔ３１の状態から、さらに回転子２０が反時計方向に回転子すると、図１６（Ｂ）の時刻ｔ３２に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓａ，に対向する。これにより、トランジスタＴＡ２、ＴＢ１，ＴＣ２，ＴＥ１，ＴＦ２，ＴＧ１の各ゲートに接続される第５段目２５５のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。この状態における各トランジスタのオン・オフ状態は、図１４の時刻ｔ３２に示すとおりである。時刻ｔ３２の状態は、時刻ｔ３１の状態に比べて、上段のトランジスタＴＧ１と下段のトランジスタＴＣ２がオフ状態からオン状態に切り替わり、上段のトランジスタＴＨ１と下段のトランジスタＴＤ２がオン状態からオフ状態に切り替わっている。
【００８４】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈには、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＣ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＤ、コイルＣ，マイナス電源側のトランジスタＴＣ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＧ１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＧ１、コイルＧ、コイルＨ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流が流れる。
【００８５】
時刻ｔ３２の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図１５（Ｂ）の時刻ｔ３２に示すように、コイル辺Ｄ，Ｅ，Ｆ、Ｇ，ｈ，ａ，ｂ，ｃには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｈ，Ａ，Ｂ，Ｃ，ｄ，ｅ，ｆ、ｇには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。これにより、固定子１０の内部には、図１５（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｇ，Ｃを収納したスロットとコイル辺ｈ，Ｄを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｃ，Ｇを収納したスロットとコイル辺ｄ，Ｈを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００８６】
この時刻ｔ３２状態においてコイルＢ，Ｃの２コイルと、コイルＦ，Ｇの２コイルは直流電源６０に対して直列接続された状態で接続されるため、直流電源６０に対して単独に接続される他のコイルＡ，Ｄ，Ｅ，Ｈよりも流れる電流値は小さくなる。
【００８７】
さらに回転子２０が反時計方向に回転すると、図１５（Ｃ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｃ，Ｓｄ，Ｓｅ，Ｓｆ，に対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｇ，Ｓｈ，Ｓａ，Ｓｂに対向する。これにより、各トランジスタＴＡ１〜ＴＨ２は、図１４の時刻ｔ３３で示すように、時刻ｔ３２の状態から、上段のトランジスタＴＤ１と下段のトランジスタＴＨ２がオフ状態からオン状態に切り替わり、上段のトランジスタＴＥ１と下段のトランジスタＴＡ２がオン状態からオフ状態に切り替わっている。
【００８８】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈのコイル辺Ａ〜ｈには、図１５（Ｃ）の時刻ｔ３３に示す電流が流れ、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｈ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｄ，Ｈを収納したスロットとコイル辺ｅ，Ａを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転を続ける。なお、時刻ｔ３１から時刻ｔ３３の間に、回転子２０は２π／９、すなわち４０°回転している。また、説明は省略するが、ケース３の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【００８９】
本実施形態では、常に２つのハーフブリッジを構成する４個のトランジスタがオフ状態となるため、各コイルは、２個のトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合と、２つのコイルが直列接続された状態で２個のトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合の２通りの直流電源６０への接続形態が存在する。このため、第１の実施形態に比べて、電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。また、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルには、ブランキング期間を設けていないが、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルは、隣接する２つのコイルが直列接続されて直流電源６０に接続されるため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を小さく抑えることができる。
【００９０】
（第４の実施形態）
図１６は、第４の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。本実施形態の直流モータ１０４の固定子は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では９）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コアと、固定子コアの各スロットに収納した９個のコイルＡ〜Ｉからなる固定子巻線を備えている。固定子コアと固定子巻線の構成、および、センサＳａ〜Ｓｉの構成については、コイルＡ〜Ｉの接続方法が異なるだけで、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００９１】
第４の実施形態では、第３の実施形態と同様に、各コイルＡ〜Ｉは直列接続されるが、逆方向接続される。すなわち、隣接する２つのコイルに電流を流した際に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、２つの隣接するコイルの口出線が順次接続されて直列接続される。しかし、第４の実施形態ではコイル数が奇数であるため、環状ではなく単に直列接続されており、例えば、コイルＡとコイルＩとは接続されない。また、スロット数が奇数であるため、コイルピッチは、磁極ピッチよりも短い短節巻となる。それ以外のコイルの接続形態については第３の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９２】
そして、口出線の各接続点が、それぞれ直流電源のプラス側電源線とマイナス側電源線に接続されたハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点に接続されている。このため、９つのコイルＡ〜Ｉに対して、２０個のトランジスタＴＡ１〜ＴＪ２が接続されている。
【００９３】
次に、第４の実施形態に係る直流モータ１０４の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図１７は、本発明の第４の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図１８は、第４の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図１９は、第３の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【００９４】
図１７に示す制御回路３５０は９個のセンサＳａ〜Ｓｉの信号を受けて、スイッチング素子である２０個のトランジスタＴＡ１〜ＴＪ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路３５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｉ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＪ２側を下流側とした場合、図１７に示す第１段目３５１の９個のＸＯＲ回路、第２段目３５２の９個のＸＯＲ回路、第３段目３５３の５個のＮＯＴ回路、第４段目３５４の１３個のＮＯＴ回路、第５段目３５５の１８個のＡＮＤ回路、第６段目３５６の１８個の増幅器、および、サブ論理回路３５７を備えている。
【００９５】
ここで、図１７に図示した第４の実施形態の制御回路３５０と図１３に図示した第３の実施形態の制御回路２５０とを対比すると、第４の実施形態の制御回路３５０は、コイルＨとコイルＩの電流を切り替えるために、トランジスタＴＩ１，ＴＩ２からなるハーフブリッジとトランジスタＴＪ１，ＴＪ２からなるハーフブリッジのためのサブ論理回路３５７が追加されている点で異なっている。
【００９６】
コイルＨとコイルＩ（コイル辺Ｈとコイル辺Ｉ）の口出線の接続点に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＩ１とＴＩ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳｉとＳａからの信号が第１段目３５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第４段目３５４のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＩ１，ＴＩ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、一方のセンサＳｉからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目３５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第５段目３５５のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第４段目３５４のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＩ１，ＴＩ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【００９７】
また、コイルＩのコイル辺ｉの口出線に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＪ１とＴＪ２に注目すると、トランジスタＴＡ１とＴＡ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力を受けるサブ論理回路３５７からゲート信号を生成している。トランジスタＴＡ１とＴＡ２は直列接続したコイルの一端側のコイルＡに接続したハーフブリッジであり、トランジスタＴＪ１とＴＪ２は、直列接続したコイルＩの一端側のコイルに接続したフルブリッジである。サブ論理回路３５７は、トランジスタＴＡ１とＴＡ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力がそれぞれＮＯＴ回路を介してＸＯＲ回路に入力され、このＸＯＲ回路の出力とそれぞれのＮＯＴ回路の出力が、トランジスタＴＪ１とＴＪ２に接続された対となるＡＮＤ回路に入力される。
【００９８】
このため、トランジスタＴＡ１とＴＡ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力が“Ｌ”，“Ｌ”の場合は、トランジスタＴＪ１とＴＪ２に接続された対となるＡＮＤ回路の出力は“Ｌ”，“Ｌ”となり、“Ｈ”，“Ｌ”の場合は、“Ｌ”，“Ｈ”となり、“Ｌ”，“Ｈ”の場合は、“Ｈ”，“Ｌ”となる。したがって、トランジスタＴＪ１，ＴＪ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【００９９】
例えば、図１９（Ａ）で示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ、Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉに対向している状態（以下、この状態を「ケース４」という。）とすると、センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ、Ｓｅの出力は“Ｈ”となり、センサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、トランジスタＴＡ１、ＴＢ２，ＴＣ１、ＴＤ２，ＴＦ１，ＴＧ２，ＴＨ１，ＴＪ２の各ゲートに接続される第５段目２５５のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。この状態の各トランジスタのオン・オフの状態は、図１８の時刻ｔ４１に示される。同図において、ｔ４１からｔ４６は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の１０個のトランジスタＴＡ１〜ＴＪ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の１０個のトランジスタＴＡ２〜ＴＪ２のうち、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。
【０１００】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｉには、プラス電源側のトランジスタＴＡ１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＥ、コイルＤ，マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＧ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流。および、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＨ、コイルＩ，マイナス電源側のトランジスタＴＪ２を経由する電流が流れる。
【０１０１】
ケース４（時刻ｔ４１）の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図１９（Ａ）に示すように、コイル辺Ｉ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ、ｇ，ｈには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺ｉ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１９（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｄ，Ｈを収納したスロットとコイル辺ｅ，Ｉを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｉ，Ｄを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【０１０２】
なお、この状態において、コイルＤ，Ｅの２コイルと、コイルＨ，Ｉの２コイルは直流電源６０に対して直列接続されているため、直流電源６０に対して単独に接続される他のコイルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇよりも流れる電流値は小さくなる。このため、本実施形態では、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルは、隣接する２つのコイルが直列接続されて、直流電源６０に接続されるため、逆起電力が小さくなることによる過電流が流れる影響を小さく抑えることができる。
【０１０３】
時刻ｔ４１の状態から、さらに回転子２０が反時計方向に回転子すると、図１９（Ｂ）の時刻ｔ４２に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉ，Ｓａ，に対向する。これにより、
トランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された一対のＡＮＤ回路の出力が共に“Ｌ”となるため、トランジスタＴＪ１，ＴＪ２に接続された一対のＡＮＤ回路の出力も共に“Ｌ”となる。したがって、各トランジスタＴＡ１〜ＴＪ２は、図１８の時刻ｔ４２に図示するように、時刻ｔ４１の状態から、上段のトランジスタＴＡ１と下段のトランジスタＴＪ２がオン状態からオフ状態に切り替わり、下段のトランジスタＴＩ２がオフ状態からオン状態に切り替わる。
【０１０４】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｉには、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＥ、コイルＤ，マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＧ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流。および、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＨ、マイナス電源側のトランジスタＴＩ２を経由する電流が流れ、コイルＡとコイルＩは、ブランキングコイルとなって電流が流れない。
【０１０５】
時刻ｔ４２の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図１９（Ｂ）に示すように、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ、ｇ，ｈには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺ｂ，ｃ，ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１９（Ｂ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｉを収納したスロットからコイル辺ｉ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。時刻ｔ４１から時刻ｔ４２にかけて、回転子２０はほぼ２π／９の半分の２０°回転している。
【０１０６】
なお、この時刻ｔ４２に示す状態において、コイルＤ，Ｅの２コイルは直流電源６０に対して直列接続されているため、他のコイルＢ，Ｃ，Ｆ，Ｇよりも流れる電流値は小さくなる。また、コイルＡ，Ｉの２つのコイルには電流が流れない。このため、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイル辺における逆起電力が小さくなることによって、過電流が流れる影響を小さく抑えることができる。
【０１０７】
さらに、回転子２０が回転し、図１９（Ｃ）に示す状態になると、位置検出センサ４０の各センサＳａ〜Ｓｉの信号出力が変化するため、図１８の時刻ｔ４３に示すように、すプラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態にあるトランジスタが切り替わる。これによって、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。以降、同様の動作が継続される。また、説明は省略するが、ケース４の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【０１０８】
本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、各コイルは、２つのトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合と、２つのコイルが直列接続された状態で２つのトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合の２通りの直流電源６０への接続形態が存在するとともに、直列接続された両端のコイルには電流が流れないブランキング期間が生じる。このため、第１の実施形態に比べて、電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。
【０１０９】
（第５の実施形態）
図２０は、本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図であり、図２１は、第５の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。本実施形態の直流モータ１０５の固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では６）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コア１１と、２層巻き固定子コアの各スロットに収納した６個のコイルＡ〜Ｆからなる固定子巻線１２を備えている。また、直流モータ１０５は６個Ｓａ〜Ｓｆを有している。
【０１１０】
隣接する６個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝６）を有して設けられている。各コイルＡ〜Ｆは、２極機でスロット数が偶数であるため、各コイルの２つのコイル辺が１８０°離れた位置のスロットに収められる。このため、本実施形態ではコイルピッチは磁極ピッチと等しくなる。また、隣接するコイルＡ〜Ｆは、２π／６（＝６０°）の位相差を有している。
【０１１１】
本実施形態では、コイルの数が偶数であって、隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対に分け、各コイル対の２つのコイルを逆方向接続している。すなわち、コイル対をなす２つのコイルの一方から他方に電流を流した場合に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、各コイル対をなす２つのコイルの口出線が接続されている。そして、各コイル対の２つのコイルの口出線の接続点と両端の口出線に、それぞれハーフブリッジを構成する２個のトランジスタの接続点が接続されている。
【０１１２】
６つのコイルＡ〜Ｆを有する場合、これらの６個のコイルを隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対に分ける。例えば、コイルＡ，Ｂ、コイルＣ，Ｄ、コイルＥ，Ｆをそれぞれ直列接続した３つのコイル対とする。直列接続するに当たっては、直列接続した各コイル対の一方から他方に電流を流した場合に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、各コイル対をなす２つのコイルの口出線を接続する。そして、各コイル対の２つのコイルの接続点と両端の口出線に、それぞれハーフブリッジを構成する２個のトランジスタの接続点が接続されている。したがって、各コイル対には３つのハーフブリッジを構成する６個のトランジスタが接続される。
【０１１３】
より具体的に、コイルＡ，Ｂからなるコイル対について説明すると、図２０に示すコイルＡのコイル辺ａ側の口出線が隣接するコイルＢのコイル辺ｂの口出し線に接続され、その接続点はトランジスタＴab１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴab２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。また、コイルＡのコイル辺Ａ側の口出線には、トランジスタＴＡ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＡ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。さらに、コイルＢのコイル辺Ｂ側の口出線には、トランジスタＴＢ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＢ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。コイルＣ，Ｄからなるコイル対、および、コイルＥ，Ｆからなるコイル対についても同様である。このように、本実施形態では、直列接続した２つのコイルと６個のトランジスタが一組となっている。
【０１１４】
次に、第５の実施形態に係る直流モータ１０５の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図２２は、本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図２３は、第５の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図２４は、第５の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【０１１５】
図２２に示す制御回路４５０は６個のセンサＳａ〜Ｓｆの信号を受けて、スイッチング素子である１８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＦ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路４５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｆ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＦ２側を下流側とした場合、図２２に示す第１段目４５１の６個のＸＯＲ回路と、第２段目４５２の６個のＮＯＴ回路と３個のＸＯＲ回路、第３段目４５３の６個のＮＯＴ回路、第４段目４５４の１２個のＡＮＤ回路と３個のＮＯＴ回路、第５段目４５５の１８個の増幅器を備えている。
【０１１６】
例えば、コイルＡのコイル辺Ａの口出線に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＡ１とＴＡ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳｆとＳａからの信号が第１段目４５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第２段目４５２のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、一方のセンサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目４５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第４段目４５４のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、第３段目４５３のＮＯＴ回路を介して他方のＡＮＤ回路に入力される。このため、トランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【０１１７】
また、コイルＡのコイル辺ａの口出線とコイルＢのコイル辺ｂの接続点に接続されたハーフブリッジを構成するトランジスタＴab１とＴab２に注目すると、第１段目２５１のＸＯＲ回路に、センサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが入力され、その出力は、トランジスタＴab１とＴab２に接続された対となる第４段目４５４の一方のＡＮＤ回路に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第３段目４５３のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴab１，Ｔab２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【０１１８】
さらに、コイルＢのコイル辺Ｂの口出線に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＢ１とＴＢ２に注目すると、第１段目４５１のＸＯＲ回路には、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳａとＳｂからの信号が入力され、その出力は、第２段目４５２のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、第２段目４５２のＸＯＲ回路には、一方のセンサＳｂからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが入力され、その出力は、対となる第４段目４５４の一方のＡＮＤ回路に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第３段目４５３のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【０１１９】
図２４（Ａ）の時刻ｔ５１に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓａに対向している状態（以下、この状態を「ケース５」という。）とすると、センサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｈ”となり、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓａの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、図２３の時刻ｔ５１で枠とハッチングで示すように、トランジスタＴab１、ＴＣ１，ＴＤ１、Ｔef１，ＴＡ２，Ｔcd２，ＴＦ２がオン状態になり、他のトランジスタは全てオフ状態になる。そして、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＢと、トランジスタＴＥ１，ＴＥ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＥは、それぞれ電流が流れないブランキングコイルとなる。
【０１２０】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｆには、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＤ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴef１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流が流れる。
【０１２１】
ケース５（時刻ｔ５１）の状態においては、各コイルに流れる電流によって、図２４（Ａ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，ｆ，ａには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｆ，Ａ，ｃ，ｄには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。また、コイル辺Ｂ，ｂ，Ｅ，ｅには電流が流れない。これにより、固定子１０の内部には、図２４（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｂを収納したスロット位置からコイル辺ｂ，Ｅを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【０１２２】
この状態において、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルＢ，Ｅの２コイルはブランキングコイルとして電流が流れないため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を小さく抑えることができる。
【０１２３】
回転子２０が反時計方向に回転すると、図２４（Ｂ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓａ，Ｓｂに対向する。これにより、各トランジスタＴＡ１〜ＴＦ２は、図２３の時刻ｔ５２で示すように、時刻ｔ５１の状態から、上段のトランジスタＴＥ１、下段のトランジスタＴＢ２とＴef２がオフ状態からオン状態となり、上段のトランジスタＴＣ１とＴef１、下段のトランジスタＴＦ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。
【０１２４】
このため、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｆには、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＤ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴef２を経由する電流が流れる。また、コイルＣ、Ｆには電流が流れない。
【０１２５】
この状態で、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈのコイル辺Ａ〜ｈには、図２４（Ｂ）の時刻ｔ５２に示す電流が流れ、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ，Ｃを収納したスロット位置からコイル辺ｃ、Ｆを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転を続ける。なお、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２の間に、回転子２０は２π／６、すなわち６０°回転している。
【０１２６】
さらに、回転子２０が回転し、図２４（Ｃ）に示す状態になると、位置検出センサ４０の各センサＳａ〜Ｓｆの信号出力が変化するため、図２３の時刻ｔ４３に示すように、プラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＦ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＦ２のオン状態にあるトランジスタが切り替わる。これによって、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。以降、同様の動作が継続される。また、説明は省略するが、ケース５の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【０１２７】
第５の実施形態では、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納された２つのコイルはブランキングコイルとして直流電源６０に接続されないため、逆起電力が小さくなることによって過電流が流れる影響を抑えることができる。また、コイル対をなす２つのコイルのコイル辺の接続点に接続される２つのトランジスタは、いずれか一方がオン状態となるため、各コイルに電流が流れる際は、必ず一方のコイル辺の口出線と他方のコイル辺の口出線とがトランジスタを介して直流電源に接続されることになる。このため、本実施形態は、第２の実施形態と同様に、第１の実施形態に比べて電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。
【０１２８】
（第６の実施形態）
図２５は、第６の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。本実施形態の直流モータ１０６の固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では７）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コアと、２層巻き固定子コアの各スロットに収納した７個のコイルＡ〜Ｇからなる固定子巻線を備えている。また、直流モータ１０６は後述する図２８に示すように７個のセンサＳａ〜Ｓｇを有している。
【０１２９】
隣接する７個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝７）を有して設けられている。各コイルＡ〜Ｇは、２極機でスロット数が奇数であるため、各コイルの２つのコイル辺が１８０°より短い位置のスロットに収められる。このため、本実施形態ではコイルピッチは磁極ピッチより短い短節巻きとなる。また、隣接するコイルＡ〜Ｆは、２π／７（＝約５１．４°）の位相差を有している。
【０１３０】
本実施形態では、コイルの数が奇数であって、隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対と１つの単独コイルに分け、各コイル対の２つのコイルを逆方向接続している。すなわち、コイル対をなす２つのコイルの一方から他方に電流を流した場合に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、各コイル対をなす２つのコイルの口出線が接続されている。そして、コイル対の２つのコイルの口出線の接続点と両端の口出線に、それぞれハーフブリッジを構成する２個のトランジスタの接続点に接続され、また、単独コイルの両端の口出線はそれぞれハーフブリッジをなす２つのトランジスタの接続点に接続されている。
【０１３１】
このように、第６の実施形態はコイル数が奇数であるため、第５の実施形態に単独コイルとこの単独コイルのためのスイッチング素子を付加した構成となっている。したがって、図２１に示す第５の実施形態に係る等価回路と図２５に示す第６実施形態に係る等価回路から明らかなように、直流電源６０に対するコイルＡ〜Ｆまでの６個のコイルとトランジスタＴＡ１〜ＴＦ２までの１８個のトランジスタの接続形態は、第５の実施形態と第６の実施形態とは同じであり、単独コイルとなるコイルＧについては、第２の実施形態と同様であり、いわゆるＨブリッジあるいはフルブリッジを構成する４個のトランジスタＴＧ１〜ＴＧ４に接続されている。
【０１３２】
次に、第６の実施形態に係る直流モータ１０６の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図２６は、本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図２７は、第６の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図２８は、第６の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【０１３３】
図２６に示す制御回路５５０は７個のセンサＳａ〜Ｓｇの信号を受けて、スイッチング素子である２２個のトランジスタＴＡ１〜ＴＧ４のゲートへオン・オフ信号を送信する。
センサＳａ〜Ｓｇ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＧ４側を下流側とした場合、図２６に示す第１段目５５１の７個のＸＯＲ回路と、第２段目５５２の７個のＮＯＴ回路と４個のＸＯＲ回路、第３段目５５３の７個のＮＯＴ回路、第４段目５５４の１４個のＡＮＤ回路、第５段目４５５の２２個の増幅器を備えている。
【０１３４】
本実施例の制御回路５５０を構成する論理回路は、図２２に示した第５の実施形態に係る直流モータ１０５の制御回路４５０と比較して説明すると、トランジスタＴＡ１、ＴＡ２に接続された対となるＡＮＤ回路に入力されるセンサの出力が、センサＳｇとＳａとなっている点、センサＳｆ，Ｓｄからの信号を受けて、コイルＧに接続したトランジスタＴＧ１〜ＴＧ４をオン・オフのため信号を出力する論理回路が付加されている点を除き、コイルＡ〜Ｆに接続された１８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＦ２のオン・オフのための信号を生成する論理回路は論理的に同じであるため、その説明を省略する。
【０１３５】
また、単独のコイルＧについては、第２の実施形態の直流モータ１０２の各コイルに接続した４個のトランジスタのオン・オフのための信号を生成する論理回路と同じであるため、その説明を省略する。
【０１３６】
図２８（Ａ）の時刻ｔ６１に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓａに対向している状態（以下、この状態を「ケース５」という。）とすると、センサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｈ”となり、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓａの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、図２７の時刻ｔ６１で太枠とハッチングで示すように、トランジスタＴab１、ＴＣ１，ＴＤ１、Ｔef１，ＴＧ１，ＴＡ２，Ｔcd２，ＴＦ２，ＴＧ４がオン状態になり、他のトランジスタは全てオフ状態になる。そして、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＢと、トランジスタＴＥ１，ＴＥ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＥは、それぞれ電流が流れないブランキングコイルとなる。
【０１３７】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｇには、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＤ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴef１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、および、プラス電源側のトランジスタＴＧ１、コイルＧ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ４を経由する電流が流れる。また、コイルＢとコイルＥには電流が流れない。
【０１３８】
ケース６（時刻ｔ６１）の状態においては、各コイルに流れる電流によって、図２８（Ａ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，ｆ，ｇ，ａには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ａ，ｃ，ｄには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。また、コイル辺Ｂ，ｂ，Ｅ，ｅには電流が流れない。これにより、固定子１０の内部には、図２８（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ａを収納したスロットとコイル辺ｆ，Ｂを収納したスロットの中間位置からコイル辺ｂ，Ｅを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【０１３９】
この状態において、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルＢ，Ｅの２コイルはブランキングコイルとして電流が流れないため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を小さく抑えることができる。
【０１４０】
回転子２０が反時計方向に回転すると、図２８（Ｂ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓａに対向する。回転子２０は、時刻ｔ６１の状態から時刻ｔ６２の状態に時計方向に２π／（７×２）の角度移動している。これにより、各トランジスタＴＡ１〜ＴＧ４は、図２７の時刻ｔ６２で示すように、時刻ｔ６２には、時刻ｔ６１の状態から、上段のトランジスタＴＥ１、下段のトランジスタＴef２がオフ状態からオン状態となり、上段のトランジスタＴef１、下段のトランジスタＴＦ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。
【０１４１】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｇには、時刻ｔ６１の状態と比べて、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴef２を経由する電流が流れるとともに、コイルＦには電流が流れない。このため、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈのコイル辺Ａ〜ｇには、図２８（Ｂ）の時刻ｔ６２に示す電流が流れ、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転を続ける。
【０１４２】
以降、同様に、回転子２０の回転によって、各トランジスタのオン・オフの状態は、図２７の時刻ｔ６３以降に示す状態となり、各コイル辺に流れる電流は時刻ｔ６３では図２８（Ｃ）、時刻ｔ６４では図２８（Ｄ）に示す方向に流れる。また、説明は省略するが、ケース６の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【０１４３】
本実施形態においては、第５の実施形態と同様に、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納された２つのコイルはブランキングコイルとして直流電源６０に接続されないため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を抑えることができる。また、コイル対をなす２つのコイルのコイル辺の接続点に接続される２つのトランジスタは、いずれか一方がオン状態となるため、各コイルに電流が流れる際は、必ず一方のコイル辺の口出線と他方のコイル辺の口出線とがトランジスタを介して直流電源に接続されることになる。このため、第１の実施形態に比べて電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。
【０１４４】
（第７の実施形態）
本発明に係る直流モータの回転子は、永久磁石回転子であってもよく、また、励磁コイルを備えたものであってもよい。第７の実施形態に係る直流モータは、図示しないが、回転子として励磁コイルを備えている。励磁コイルに供給する直流電流は、スリップリングを介して回転子側に供給してもよく、また、無接触で励磁コイルに給電するために、回転子側と固定子側に同軸のコイルを設け、電磁誘導を利用して回転子側に誘起した交流電圧をダイオードブリッジによって整流し、回転子側の励磁巻線を直流駆動してもよい。本実施形態では、回転子を惰性で回転させる場合に、回転子の励磁コイルへの電流を遮断することによって、固定子側にヒステリシス損や渦電流損が発生することがない。このため、輸送機械用の直流モータとして利用する場合に、効率のよい稼働が可能となる。
【０１４５】
以上、本発明に係る直流モータについて説明したが、２極の回転子を有する直流モータのコイル数は４つ以上あればよく、順方向接続のコイルを有する直流モータの場合は、コギングを小さくするために固定子のスロット数は奇数の方が望ましい。したがって、コイル数は５個以上の奇数であることがより望ましい。また、各実施形態では、説明を簡単にするために少ないコイル数の事例を挙げて説明したが、例えば、コイル数が１８以上であることが望ましい。
【０１４６】
そして、説明を簡単にするために、回転子の磁極数が２極の場合について説明したが、回転子の磁極数は２ｍ（ｍは整数）極であってよい。その場合の固定子のスロット数は、４ｍ以上の整数であればよい。そして、ｎ個のコイルを、ｎ／２ｍ個（但し商）のスロットだけ離れたスロットに収納すればよい。その際は、コイルに流れる電流が、回転子のＮ極に対向するコイルのコイル辺とＳ極に対向するコイルのコイル辺とが異なる方向となるように、スイッチング素子の導通・非導通を切り替えるようにすればよい。
【０１４７】
また、第５、第６の実施形態では、隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対に分けたが、コイル数を増やした場合に、隣接する３つのコイルあるは３つ以上のコイルを直列接続したコイル群とし、このコイル群の各口出線の接続点にハーフブリッジを設ける構成とすることもできる。
【０１４８】
また、回転子の周囲に固定子を配置したインナーロータ型の直流モータを例に説明したが、固定子の回りに回転子を配置したアウターロータ型のモータ、あるいは、アキシャルギャップ型のモータとして構成してもよい。さらに、スロットレスモータやコアレスモータとして構成することも可能である。
【０１４９】
また、制御回路は論理回路から構成したが、例えばマイコンを用いてもよい。この場合、マイコンのメモリ内に、予め回転子２０の位置に対して各トランジスタをオン・オフするゲート信号のテーブルを記憶させておき、センサからの回転子２０の位置信号をマイコンに入力し、各トランジスタへのゲート信号をマイコンから出力するように構成することが可能である。この場合、位置検出センサ４０としては、ホール素子以外にロータリーエンコーダやレゾルバを用いて回転子の位置を検出するようにしてもよい。
【０１５０】
以上、本発明の直流機の例として、直流モータについて説明したが、各実施形態で説明した直流モータは、駆動条件によって従来のブラシ付き直流モータと同様に発電機としても機能させることができる。発電機として機能させる場合としては、例えば、回生制動時に回転子の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電源側に戻したり、さらに、直流電源自体を負荷として充電したり、直流電源を他の負荷に置き換えることができる。本発明の直流機を発電機として機能させ、直流電源を他の負荷に置き換えることは、特許請求の範囲に記載した事項の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１５１】
１０…固定子、１１…固定子コア、１２…固定子巻線、２０…回転子、３０…スイッチング回路、４０…位置検出センサ、５０，５０'，１５０，２５０，３５０，４５０，５５０…制御回路、６０…直流電源、６１…プラス側電源線、６２…マイナス側電源線、７０…正逆回転制御入力端子、１０１〜１０６…直流モータ、３５７…サブ論理回路。
【図１】
2020068642.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月9日(2019.5.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流機に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流機において、直流モータは速度制御に優れるため、従来から、大型では電気車両用やクレーンなどに、また、小型では電動工具や自動車の電装用として用いられている。しかしながら、直流モータは、ブラシと整流子（コミュテータ）が搭載されており、モータの動作時は、整流器にブラシが押し当てられて摩耗が発生するため、ブラシや整流子のメンテナンスが必須となるとともに、機械的スイッチによるために電気ノイズや機械ノイズが発生するという課題があった。
【０００３】
このため、ブラシと整流子をインバータ回路に置き換えて、ブラシと整流子の除去を実現したブラシレスモータが開発されている。このブラシレスモータは、産業用電動機のほか、家電や事務機器にも広く採用されている（特許文献１参照）。しかしながら、現在、実用化されている多くのブラシレスモータは、３相のコイルを備えた同期モータであって、多数の整流子片を備えた直流モータの無接点化を図ったものではない。
【０００４】
最も基本的なブラシレスモータは、図２９に示すように、直流電源６０に接続された３つのハーフブリッジを構成する６個のトランジスタＴ１〜Ｔ６からなる三相ブリッジ回路に、三相モータのＵ、Ｖ，Ｗの各相のコイルが接続されている。このブラシレスモータは、磁石回転子を備え、磁石回転子の位置に基づいて、制御回路５０’が各トランジスタのスイッチングを順次切り替えることによって、３相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに１２０度通電駆動あるいは１８０度通電駆動と呼ばれる通電角制御による駆動を行うことによって、磁石回転子を回転させている。
【０００５】
例えば、１２０度通電駆動では、三相ブリッジ回路のすべての相のトランジスタを１２０度の期間オン状態にし、６０度の期間オフ状態にすることを繰り返している。また、１８０度通電駆動では、各トランジスタを１８０度間隔でオン状態とオフ状態を繰り返している。そして、各相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに接続されたトランジスタのスイッチングのタイミングを、それぞれ電気角で１２０度位相をずらすことによって各相のコイルＵ，Ｖ，Ｗに位相のずれた電流を供給している。また、トルクムラを減少させるために、各相の巻線に、ＰＷＭによって正弦波駆動を行う場合もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５８−１８６３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように、三相コイルを有するブラシレスモータは、原理的には、インバータを用いて各コイルに三相交流電流を供給する三相の永久磁石型同期モータと同じである。したがって、三相コイルを有するブラシレスモータは、電源が直流電源であるというだけで、多数の整流子片を有する直流モータを無整流子モータあるいはブラシレスモータとして構成したものではない。このため、各コイルに流れる電流は、例えば、最も一般的な１２０度通電駆動では、ゼロとなる期間があり、コイルに流す電流の利用率が低いという問題がある。また、正弦波駆動を行う場合も、コイルに流れる電流は正弦波状に増減するため、コイルに流せる電流の利用率は、直流を流す場合よりも低くなっている。
【０００８】
本発明は、これらの実情に鑑みてなされたものであり、多数の整流子片を有する直流機を無整流子化あるいはブラシレス化することによって、ブラシ付き直流モータと同等のコイルの電流利用率が高い直流機を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の技術手段は、直流機であって、Ｎ極とＳ極の磁極を有する２ｍ極（ｍは整数）の回転子と、該回転子の磁極ピッチに略等しいコイルピッチを有し、２π／ｎ（ｎは４ｍ以上の整数）位相をずらせて設けたｎ個のコイルを備えた固定子を有し、各前記コイルはそれぞれ２本の口出線を有しており、各前記口出線は、直流電源のプラス側電源線とマイナス側電源線に接続された２個のスイッチング素子からなるハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点に接続され、前記回転子の磁極の位置に応じて、各前記コイルに流れる電流が、前記回転子の前記Ｎ極に対向する前記コイルのコイル辺と前記Ｓ極に対向する前記コイルのコイル辺とが異なる方向となるように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替える制御回路を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
第２の技術手段は、第１の技術手段において、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、同じ方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、該口出線の接続点に前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点が接続されていることを特徴とするものである。
【００１１】
第３の技術手段は、第１の技術手段において、各前記コイルの２つの前記口出線が、他の前記コイルの他の前記口出線と接続されることなく、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１２】
第４の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
第５の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルを直列接続され、前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１４】
第６の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対に分け、該コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線が接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの前記口出線の接続点と両端の前記口出線に、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点が接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
第７の技術手段は、第１の技術手段において、前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対と１つの単独コイルに分け、前記コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線が接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの前記口出線の接続点と両端の前記口出線が、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続され、前記単独コイルの両端の前記口出線がそれぞれ前記ハーフブリッジの接続点に接続されていることを特徴とするものである。
【００１６】
第８の技術手段は、第１から第７のいずれか１の技術手段において、前記制御回路が、前記回転子のＮ極とＳ極との境界近傍に対向する前記コイル辺に電流を流さないように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替えることを特徴とするものである。
【００１７】
第９の技術手段は、第１から第８のいずれか１の技術手段において、各前記コイルが、前記固定子に形成したスロットに挿入されていることを特徴とするものである。
【００１８】
第１０の技術手段は、第１から第９のいずれか１の技術手段において、前記回転子が、永久磁石回転子、あるいは、励磁コイルを有する回転子であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、多数の整流子片を有する直流機を無整流子化あるいはブラシレス化することにとって、ブラシ付き直流モータと同等のコイルの電流利用率が高いモータを提供することができる。また、始動から低速時にトルクが大きく、電圧で回転速度を制御可能で、電気ノイズがない直流機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの概略を示す図である。
【図２】図１に示す直流モータのスイッチング回路と固定子巻線の展開を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図１４】本発明の第３の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図１５】本発明の第３の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図１６】本発明の第４の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図１７】本発明の第４の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図１８】本発明の第４の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図１９】本発明の第４の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図２０】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図である。
【図２１】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図２２】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図２３】本発明の第５の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図２４】本発明の第５の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図２５】本発明の第６の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。
【図２６】本発明の第６の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。
【図２７】本発明の第６の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。
【図２８】本発明の第６の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【図２９】従来のブラシレスモータの概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら、本発明の直流機に係る好適な実施形態について、直流モータを例に説明する。以下の説明において、異なる図面においても同じ符号を付した構成は同様のものであるとして、その説明を省略する場合がある。なお、本発明はこれらの実施形態での例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内および均等の範囲内におけるすべての変更を含む。また、以下の説明では、固定子にスロットを形成したインナーロータ型の直流モータを例に説明するが、本発明の直流モータは、スロットレスモータ、アウターロータ型モータ、あるいは、アキシャルギャップ型等の直流モータとして構成してもよい。さらに、以下で説明する直流モータは、従来のブラシ付き直流モータと同様に発電機としても機能するものであり、その構造は直流モータと同様である。
【００２２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの概略を示す図であり、図２は、図１に示す直流モータのスイッチング回路と固定子巻線のみを示した図である。また、図３は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。直流モータ１０１は、図１に示すように、固定子１０、回転子２０、スイッチング回路３０、位置検出センサ４０、および、制御回路５０を備えており、スイッチング回路３０には直流電源６０が接続される。本実施形態を含むすべての実施形態において、簡単化のため、回転子２０の極数を２ｍ（ｍは整数）とした場合にｍが１の場合であるＮ極とＳ極の２極の場合について説明する。また、図面によっては、簡略化のため、図３ではトランジスタをスイッチの記号として表現し、後述する図４では方形のブロックとして表現しているが、これらのトランジスタは、図１に示すフリーホイルダイオードを備えたトランジスタと同様のものである。トランジスタの表現については、他の実施形態の図面についても同様である。
【００２３】
固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態ではｎ＝９）個のスロット（溝）を形成したケイ素鋼板を積層した固定子コア１１と、固定子コア１１の各スロットに収納した９個のコイルＡ〜Ｉからなる固定子巻線１２を備えている。本発明の固定子巻線は２層巻きとなっている。以下の説明では、例えば、「Ａ」の符号については、「コイルＡ」と「コイル辺Ａ」の両者に用いるが、図１、図２に示すように、「コイルＡ」は、回転子２０の磁極ピッチだけ隔てた２つのスロットに収納されたコイル辺Ａとコイル辺ａと、これらの２つのコイル辺Ａ，ａを接続するコイル端と、２本の口出線を有するものを意味し、「コイル辺Ａ」と記す場合は、コイルＡの２つのコイル辺の一方のコイル辺Ａを示すものとする。他のコイルＢ〜Ｉについても同様である。本発明において、コイル辺は、回転子２０の磁界の磁力線が直角に交差するコイル部分である。
【００２４】
９個のコイルＡ〜Ｉの各コイル辺は、それぞれで２π／ｎの位相をずらせてスロットに収納されている。コイル数が異なる他の実施形態においても同様である。コイル数ｎが奇数の場合、スロット数も奇数となる。この場合、９個のコイルＡ〜Ｉのそれぞれのコイル辺は、一方のコイル辺を収めたスロットとこのスロットから回転子２０の磁極ピッチ（本実施形態では２極機であるため１８０°）内で最も磁極ピッチに近いスロットに他方のコイル辺が収められる。換言すれば、各コイルの２つのコイル辺は、ｎ／２の商、すなわち、４（９÷２＝４・・・１）個離れたスロットに収納される。本発明で、回転子の磁極ピッチとは、回転子の隣り合う磁極同士の間隔（角度）を意味する。例えば、回転子に、Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極の４個の磁極を有する４極機の場合は、隣り合うＮ極とＳ極との間隔であり、磁極ピッチは９０°となる。
【００２５】
なお、２極機でスロット数が偶数の場合は、各コイルの２つのコイル辺は１８０°離れた位置のスロットに収められる。すなわち、スロット数が偶数の場合は、全節巻となり、コイルピッチは磁極ピッチと等しくなる。また、スロット数が奇数の場合は、短節巻となり、コイルピッチは磁極ピッチよりも短くなるが最も磁極ピッチに近くなるように設けられる。本発明では、スロットを有する固定子の場合に、コイルピッチが磁極ピッチと等しい場合および磁極ピッチよりも短いが最も磁極ピッチに近い場合の両者を含めて、回転子の磁極ピッチに略等しいコイルピッチという。
【００２６】
９個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝９）を有して設けられているため、コイルＡ〜Ｉは、２π／９の位相差を有して各スロットに収納されている。コイルの数は、奇数、偶数を問わず４個以上であればよい。このため、スロットを有する固定子の場合、コイルが収納される固定子のスロット数も４個以上となる。図１に示す直流モータは、２極のロータと９個のスロットに収納したコイルＡ〜Ｉと９個の整流子片を備えたブラシ付き直流モータに相当する。
【００２７】
固定子巻線１２に関して、より具体的には、コイルＡは、コイル辺Ａが収納されるスロットとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ａとを有している。また、コイルＢは、コイル辺Ａが収納されるスロットに隣接したスロットに収納されるコイル辺Ｂとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ｂとを有している。さらに、コイルＣは、コイル辺Ｂが収納されるスロットに隣接したスロットに収納されるコイル辺Ｃとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ｃとを有している。以降、コイルＤ〜Ｉについても同様であり、コイルＩは、コイル辺Ｈが収納されるスロットに隣接したスロットに収納されるコイル辺Ｉとこのスロットから４個のスロット分離れたスロットに収納されるコイル辺ｉとを有している。
【００２８】
これにより、コイル辺Ａとコイル辺ｆ、コイル辺Ｂとコイル辺ｇ、コイル辺Ｃとコイル辺ｈ、コイル辺Ｄとコイル辺ｉ、コイル辺Ｅとコイル辺ａ、コイル辺Ｆとコイル辺ｂ、コイル辺Ｇとコイル辺ｃ、コイル辺Ｈとコイル辺ｄ、および、コイル辺Ｉとコイル辺ｅがそれぞれ同じスロット内に収納される。
【００２９】
本実施形態では、図３の等価回路から明らかなように、９個の各コイルＡからコイルＩはそれぞれが直列接続されており、全体で環状の閉ループが形成されている。そして各コイルの接続点は、それぞれスイッチング素子であるトランジスタを介して、直流電源６０のプラス側電源線６１およびマイナス側電源線６２に接続されている。具体的には、コイルＩのコイル辺ｉ側の口出線と隣接するコイルＡのコイル辺Ａ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＡ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＡ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。また、コイルＡのコイル辺ａ側の口出線と隣接するコイルＢのコイル辺Ｂ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＢ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＢ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。以降、順次同様であり、コイルＨのコイル辺ｈ側の口出線とコイルＩのコイル辺Ｉ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＩ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＩ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。
【００３０】
図１〜３に示すように、本実施形態では、隣接する２つのコイルに電流を流した際に、２つのコイルが共通に取り囲む領域において、同じ方向の磁界が発生するように、隣接するコイルの口出線が順次接続されて、各コイルが環状に直列接続されている。例えば、隣接する２つのコイルＢ，Ｃに注目すると、コイル辺Ｂの口出線からコイル辺ｃの口出線へ電流を流した際に、コイルＢとコイルＣに生じる磁束は、２つのコイルＢ，Ｃが共通に取り囲む領域に対しては同方向の磁界が発生する。このようなコイルの接続形態を、本発明では順方向接続という。
【００３１】
また、各口出線の接続点には、ハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点が接続されている。そのため、スイッチング回路３０は、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の９個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の９個のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２とを備えており、プラス電源側の９個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１と、マイナス電源側の９個のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２とは、それぞれ対をなしてハーフブリッジを構成している。
【００３２】
図２に示すように、プラス電源側の複数のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２の接続点を直流モータの整流子片と仮定した場合、各コイルＡ〜Ｉは、一方の口出線と他方の口出線とが隣接する整流子片に接続される。本実施形態では、各コイルＡ〜Ｉは，直流モータにおける重ね巻と同様の固定子巻線構造となっている。
【００３３】
図１に示す回転子２０は図示しない軸を中心に回転可能に設けられており、本実施形態では永久磁石を備えている。回転子２０は永久磁石回転子に限る必要はなく、励磁コイルを備えたものでもよい。また、説明を簡単にするために、本実施形態では、回転子２０の極数は２極としているが、２極より多くても構わない。例えば、回転子を４極（ｍ＝２）とし、本実施形態と同様の構成をとる場合は、例えば、回転子２極当たりに９個のコイルを配置すればよく、１８個のスロットに１８個のコイルを収納した固定子巻線とする。但し、スイッチング回路３０のトランジスタの数と後述する位置検出センサ４０のセンサの数は２倍にする必要はない。この場合、１８０°の対称位置にあるコイルの口出線を同じハーフブリッジの２個のトランジスタ素子の接続点に接続すればよい。なお、回転子が４（ｍ＝２）極の場合は、固定子１０のスロット数は８（＝４ｍ）個以上であればよい。
【００３４】
位置検出センサ４０は、図１に示すように、回転子２０の回転位置を検出するためのものであり、本実施形態では、スロット数あるいはコイル数に等しいｎ個（ｎ＝９）のホール素子からなるセンサＳａ〜Ｓｉが用いられる。図１では、固定子１０のスロットの箇所にセンサＳａ〜Ｓｉが位置するように図示されているが、実際は、固定子１０から軸方向に離間させた位置に設けてよい。ホール素子からなるセンサＳａ〜Ｓｉは回転子２０の磁界を検出する一例であり、部品が小さく構成が簡単であるが、可飽和コイルを用いたセンサや、非接触で回転子２０の位置を検出できるものであれば光検出素子によるアブソリュートエンコーダを用いてもよい。センサＳａ〜Ｓｉは、例えば、回転子２０のＮ極が対向している際に論理値“Ｈ”を出力し、Ｓ極が対向しているときに論理値“Ｌ”を出力するように調整されている。なお、回転子２０の位置検出のためには、ホール素子のほか、レゾルバを用いてもよい。この場合、回転子２０の回転角を算出することになる。
【００３５】
制御回路５０は、位置検出センサ４０からの回転子２０の位置信号を受けて、スイッチング回路３０のプラス側電源線６１に接続されたトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１、および、マイナス側電源線６２に接続されたトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン・オフ状態を切り替えることによって、各コイルＡ〜Ｉに流れる電流の方向を切り換えている。本実施形態では、後述するように、トランジスタＴＡ１〜ＴＩ１のいずれか１つと、トランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のいずれか１つがオン状態になる。
【００３６】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図である。図４に示す制御回路５０は、９個のセンサＳａ〜Ｓｉの信号を受けて、スイッチング素子である１８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｉ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２側を下流側とした場合、図４に示す第１段目５１の９個のＸＯＲ（排他的論理和）回路と、第２段目５２の９個のＸＯＲ回路と、第３段目５３の９個のＮＯＴ（否定）回路と、第４段目５４の１８個のＡＮＤ（論理積）回路、および、第５段目５５の増幅器を備えている。第４段目５４のＡＮＤ回路は９個のコイルに対応した対をなしており、その出力信号は第５段目５５の増幅器で増幅されて各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２のゲートに供給されている。一対のＡＮＤ回路は、直流電源６０のプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に直列接続したハーフブリッジを構成する一対のトランジスタの各ゲートに接続される。
【００３７】
例えば、コイルＣとコイルＤ（コイル辺ｃとコイル辺Ｄ）の口出線の接続点に接続されたハーフブリッジを構成するトランジスタＴＤ１，ＴＤ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子、例えば、センサＳｃとＳｄからの信号が、第１段目５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第４段目５４の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、センサＳｃからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが、第２段目５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第４段目５４のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第３段目５３のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第４段目５４の対となるＡＮＤ回路の出力値は同時に“Ｈ”になることはない。
【００３８】
センサＳａ〜Ｓｉは、各トランジスタをスイッチングすることによって各コイルＡ〜Ｉに電流を流した際に、回転子２０にトルクが作用するように所定の位置に配設される。例えば、回転子２０のＮ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向している状態（以下、この状態を「ケース１」という。）とすると、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉの出力は“Ｈ”となり、センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、トランジスタＴＡ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＥ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。
【００３９】
これにより、図３に示すように、プラス電源側のトランジスタＴＡ１とマイナス電源側のトランジスタＴＥ２のみがオン状態となる。直流電源６０からの電流は、プラス側電源線６１、トランジスタＴＡ１を経て、コイルＡ、コイルＢ、コイルＣ、コイルＤの順に直列接続された１つのコイル群に流れる経路と、コイルＩ、コイルＨ、コイルＧ、コイルＦ、コイルＥの順に直列接続されたもう１つのコイル群に流れる経路に分かれ、さらに、トランジスタＴＥ２を経由してマイナス側電源線６２に流れる。
【００４０】
図５は、スイッチング素子のオン・オフのタイミングを説明するための図である。図５において、ｔ１１からｔ１６は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の９個のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の９個のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のうち、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。ケース１の場合は、図５の時刻ｔ１１に示す状態にある。
【００４１】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。ケース１（時刻ｔ１１）の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図６（Ａ）に示すように、コイル辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ、Ｉ，ａ、ｂ、ｃ、ｄには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ｅとコイル辺Ｉには互いに逆方向に電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図６（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｉを収納したスロット位置からコイル辺ｉ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ、Ｅを収納したスロットとの中間位置に向かう方向）の磁界が発生する。固定子１０の磁界と回転子２０の磁界とはほぼ９０°の位相差を有しており、回転子２０の磁界の方向が固定子１０の磁界の方向に揃うように回転子２０に力が作用する。これにより、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００４２】
時刻ｔ１１のケース１の状態から、さらに回転子２０が反時計方向に回転すると、図６（Ｂ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向する。これにより、トランジスタＴＡ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＦ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。そして、図５の時刻ｔ１２に図示するように、トランジスタＴＡ１とトランジスタＴＦ２のみがオン状態となり、他のトランジスタは全てオフ状態となる。
【００４３】
この状態では、直流電源６０からの電流は、コイルＡ、コイルＢ、コイルＣ、コイルＤ、コイルＥの経路のコイル群と、コイルＩ、コイルＨ、コイルＧ、コイルＦの経路のコイル群に分かれて流れるため、図６（Ｂ）に示すように、コイル辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ａとコイル辺Ｅには互いに逆方向に電流が流れる。このため、固定子１０の内部には、図６（Ｂ）に示す回転子２０のＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｉを収納したスロットとコイル辺ｆ，Ａを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ａ，Ｅを収納したスロット位置に向かう方向）の磁界が発生する。この磁界より、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、反時計方向に回転する。
【００４４】
さらに回転子２０が反時計方向に回転すると、図６（Ｃ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉ、Ｓａに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向する。これにより、トランジスタＴＢ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＦ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。そして、図５の時刻ｔ１３に図示するように、トランジスタＴＢ１とトランジスタＴＦ２のみがオン状態となり、他のトランジスタは全てオフ状態となる。
【００４５】
この状態では、直流電源６０からの電流は、コイルＢ、コイルＣ、コイルＤ、コイルＥの経路のコイル群と、コイルＡ，コイルＩ、コイルＨ、コイルＧ、コイルＦの経路のコイル群に分かれて流れるため、図６（Ｃ）に示すように、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉ，ａには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ｆとコイル辺Ａには互いに逆方向に電流が流れる。このため、固定子１０の内部には、図６（Ｃ）に示す回転子２０のＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ，Ａを収納したスロット位置からコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットとコイル辺ｂ、Ｆを収納したスロットとの中間位置に向かう方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、反時計方向に回転する。
【００４６】
以降、同様に、回転子２０が反時計方向のトルクを受けて、反時計方向に回転するにしたがって、位置検出センサ４０の各センサＳａ〜Ｓｉの信号出力が変化し、これに伴って、図１に示すプラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態にあるトランジスタが切り替わる。これによって、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。なお、時刻ｔ１１から時刻ｔ１３の間に、回転子２０は２π／９、すなわち４０°回転している。以上のように、本実施形態では、固定子１０のすべてのコイルに流れる電流が回転子２０の回転トルクを与えることになる。このため、コイルの電流利用率の高い直流モータを得ることができる。
【００４７】
図５に示すように、固定子巻線として奇数個（９個）のコイルＡ〜Ｉがある場合、プラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１のオン状態の切り替えと、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態の切り替えは、交互に行われる。すなわち、時刻ｔ１２では時刻ｔ１１の状態から、マイナス電源側のトランジスタＴＥ２に代わってＴＦ２がオン状態になり、時刻ｔ１３ではプラス電源側のトランジスタＴＡ１に代わってＴＢ１がオン状態になり、時刻ｔ１４ではマイナス電源側のトランジスタＴＦ２に代わってＴＧ２がオン状態になり、さらに、時刻ｔ１５ではプラス電源側のトランジスタＴＢ１に代わってＴＣ１がオン状態になる。なお、固定子１０のスロットの数が偶数の場合は、プラス電源側のトランジスタとマイナス電源側のトランジスタは、同じタイミングでオン状態が切り替わる。
【００４８】
次に、図４または図６（Ａ）に示すケース１の場合であって、例えば、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、トランジスタＴＥ１のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路とトランジスタＴＡ２のゲートに接続される第４段目５４のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。これにより、直流電源６０からの電流は、プラス側電源線６１、トランジスタＴＥ１を経て、コイルＤ、コイルＣ、コイルＢ、コイルＡの順に直列接続された１つのコイル群に流れる経路と、コイルＥ、コイルＦ、コイルＧ、コイルＨ、コイルＩの順に直列接続されたもう１つのコイル群に流れる経路に分かれ、さらに、トランジスタＴＥ２を経てマイナス側電源線６２に流れる。
【００４９】
そして、各コイル群に流れる電流によって、コイル辺Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ、ａ，ｂ，ｃ，ｄには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ，ｉには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。なお、同じスロットに収納されたコイル辺ｅとコイル辺Ｉには互いに逆方向に電流が流れる。すなわち、各コイル辺Ａ〜ｉに流れる電流は、図６（Ａ）に示した各コイル辺Ａ〜ｉに流れる電流と反対方向になる。これにより、固定子１０の内部には、図１に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｉ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ、Ｅを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｅ，Ｉを収納したスロット位置に向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では逆回転方向である時計方向に回転する。以降、正回転方向の場合と同様に、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転を続ける。このように、本実施形態の直流モータ１０１は、回転子２０の磁極の位置に応じて、回転子のＮ極に対向するコイルのコイル辺とＳ極に対向するコイルのコイル辺とに流れる電流の方向が異なる方向となるように、制御回路５０がスイッチング素子である各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２の導通・非導通を切り替えている。
【００５０】
このように、本実施形態では、回転子２０の磁極ＮＳの位置に応じて、各コイルに流れる電流が、回転子のＮ極に対向するコイルのコイル辺とＳ極に対向するコイルのコイル辺とが異なる方向となるように、スイッチング素子の導通・非導通を切り替えている。
【００５１】
次に、プラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１あるいはマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態にあるトランジスタを切り替える際の切り替え方法について説明する。例えば、図５に示す時刻ｔ１１から時刻ｔ１２にかけて、マイナス電源側のトランジスタＴＥ２がオン状態からオフ状態に、また、これに伴い、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２がオフ状態からオン状態に切り替わる。これによって、コイルＥに流れる電流の方向が、時刻ｔ１１と時刻ｔ１２とでは反対方向に切り替わることになる。
【００５２】
この場合、トランジスタＴＥ２からＴＦ２へオン状態の切り替え方法として、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２をオン状態にする際に、同時にトランジスタＴＥ２をオフするのではなく、トランジスタＴＦ２をオン状態にした際に、トランジスタＴＥ２については微小時間だけオン状態を保つようにし、その後、トランジスタＴＥ２をオフ状態にする。このため、コイルＥについては、微小時間だけ短絡された状態となる。これは、ブラシ付き直流電動機において、ブラシが隣接する整流子片に跨って接触した際に、コイルが短絡される現象と同じであり、トランジスタＴＥ２とトランジスタＴＦ２とを同時に開閉する場合よりも、安定的にコイルに流れる電流を切り替えることができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
図７は、本発明の第２の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。説明の便宜上、固定子巻線のコイル数が８つの場合を示している。図８は、第２の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図９は、第２の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図１０は、本発明の第２の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【００５４】
本実施形態の直流モータ１０２は、図７に示すように、プラス側電源線６１とマイナス側電源線６２との間に、各コイルＡ〜Ｈがトランジスタを介して並列に接続されたものである。図１０に示すように、固定子コアは８個のスロットを有しており、８個のスロットに収納された各コイルＡ〜Ｈは、第１の実施形態と同様に、ｎ／２ｍの商、すなわち、４（８÷２＝４）個離れたスロットに収納されている。固定子の構成については、各コイルＡ〜Ｈの結線方法が異なるだけで、後述する第３の実施形態と同じである。また、回転子の構成も第１の実施形態と同じである。位置検出センサのセンサＳａ〜Ｓｈについても数が異なるだけで、第１の実施形態と同様であり、本実施形態では８個のセンサＳａ〜Ｓｈを備えている。
【００５５】
そして、図７に示すように、例えば、コイルＡの場合、コイルＡの一方の口出線を、それぞれプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に接続されるハーフブリッジを構成するトランジスタＴＡ１とＴＡ２の接続点に接続し、コイルＡの他方の口出線を、それぞれプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に接続されるハーフブリッジを構成するトランジスタＴＡ３とＴＡ４の接続点に接続している。他のコイルＢ〜Ｈについても同様である。すなわち、各コイルＡ〜Ｈの２つの口出線は、それぞれハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点に接続されており、各コイルＡ〜Ｈは、いわゆるフルブリッジあるいはＨブリッジを構成する４個のスイッチング素子によって、直流電源６０のプラス側電源線６１とマイナス側電源線６２に接続される。このように、第２の実施形態では、各コイルは他のコイルと接続されていない。また、スイッチング素子であるトランジスタの数は、第１の実施形態の２倍の数だけ必要となる。
【００５６】
第２の実施形態では、各コイルＡ〜Ｈは、それぞれ４つのトランジスタによって通電される。例えば、コイルＡに関して電源から電流を供給する場合は、いわゆるＨブリッジを構成するトランジスタＴＡ１〜ＴＡ４の対角にあるトランジスタＴＡ１とＴＡ４の組を同時にオン・オフ制御するか、あるいは、トランジスタＴＡ２とＴＡ３の組を同時にオン・オフ制御する。他のコイルＢ〜Ｈについても同様であり、図９では、これらの組を２段に分けて表している。上段の組をオン状態にした場合は、各コイルＡ〜Ｈを流れる電流は、図７で示す紙面左側から右側に向けて流れ、下段の組をオン状態にした場合は、各コイルＡ〜Ｈを流れる電流は、図７で示す紙面右側から左側に向けて流れる。また、図９では、ｔ２１〜ｔ２５は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。
【００５７】
次に、本実施形態に係る直流モータにおける制御回路について説明する。図８に示す制御回路１５０は８個のセンサＳａ〜Ｓｈの信号を受けて、スイッチング素子である３２個のトランジスタＴＡ１〜ＴＨ４のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路１５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｈ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＨ４側を下流側とした場合、図８に示す第１段目１５１の８個のＸＯＲ回路と、第２段目１５２の８個のＸＯＲ回路と８個のＮＯＴ回路、第３段目１５３の８個のＮＯＴ回路と、第４段目１５４の１６個のＡＮＤ回路、および、第５段目１５５の３２個の増幅器を備えている。
【００５８】
例えば、コイルＡの口出線の接続点に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＡ１〜ＴＤ４に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳａとＳｂからの信号が第１段目１５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第２段目１５２のＮＯＴ回路を経て、一方のハーフブリッジを構成する一対のトランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された第４段目１５４の一対のＡＮＤ回路に入力される。また、センサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目１５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、増幅器を介して直接トランジスタＴＡ４と、トランジスタＴＡ１に接続された第４段目１５４のＡＮＤ回路に入力され、さらに、第２段目１５２のＸＯＲ回路の出力は、第３段目のＮＯＴ回路を経て、直接トランジスタＴＡ３と、トランジスタＴＡ２に接続された第４段目１５４のＡＮＤ回路に入力される。このため、トランジスタＴＡ１，ＴＡ２は同時にオン状態になることはなく、同様に、トランジスタＴＡ３，ＴＡ４も同時にオン状態になることはない。
【００５９】
例えば、図８または図１０（Ａ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓａに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向している状態（以下、この状態を「ケース２」という。）とすると、センサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓａの出力は“Ｈ”となり、センサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、図９の時刻ｔ２１で示すように、トランジスタＴＢ１，ＴＢ４、ＴＣ１、ＴＣ４、ＴＤ１、ＴＤ４、ＴＥ４，ＴＦ２，ＴＦ３，ＴＧ２，ＴＧ３，ＴＨ２，ＴＨ３，ＴＡ４がオン状態になり、それ以外のトランジスタはオフ状態となる。これにより、図７示す等価回路において、コイルＢ，Ｃ，Ｄには紙面の左側から右側に電流が流れ、コイルＦ，Ｇ，Ｈには紙面の右側から左側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＡ１〜ＴＡ３およびトランジスタＴＥ１〜ＴＥ３はオフ状態となるため、コイルＡとコイルＥには電流が流れない。
【００６０】
ケース２の状態において、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ａ）に示す時刻ｔ２１の図に示すようになり、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｆ，ｇ，ｈには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ、ｂ、ｃ、ｄには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ａを収納したスロットからコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００６１】
以降、回転子２０が回転すると、センサＳａ〜Ｓｈに対向する回転子２０のＮ極とＳ極が変化する。回転子２０が図１０（Ａ）に示す位置から図１０（Ｂ）に示すように反時計方向に４５°回転した時刻ｔ２２の位置では、回転子２０のＮ極がセンサＳｇ，Ｓｈ，Ｓａ，Ｓｂに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｃ，Ｓｄ，Ｓｅ，Ｓｆに対向する。この状態では、図９の時刻ｔ２２において太枠で囲みハッチングを施したトランジスタがオン状態になる。これにより、図７の等価回路において、コイルＣ，Ｄ，Ｅには紙面の左側から右側に電流が流れ、コイルＧ，Ｈ，Ａには紙面の右側から左側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＢ１〜ＴＢ３およびトランジスタＴＦ１〜ＴＦ３はオフ状態となるため、コイルＡとコイルＥには電流が流れない。
【００６２】
このとき、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ｂ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，Ｅ，ｇ，ｈ，ａには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｇ，Ｈ，Ａ，ｃ，ｄ，ｅには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ｂ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ、Ｂを収納したスロットからコイル辺ｂ，Ｆを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００６３】
さらに、図１０（Ｃ）に示すように回転子２０が反時計方向に４５度回転した位置では、回転子２０のＮ極がセンサＳｈ，Ｓａ，Ｓｂ，Ｓｃに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｄ，Ｓｅ，Ｓｆ，Ｓｇに対向する。この状態では、図９の時刻ｔ２３において太枠で囲みハッチングを施したトランジスタがオン状態になる。これにより、図７の等価回路において、コイルＤ，Ｅ，Ｆには紙面の左側から右側に電流が流れ、コイルＨ，Ａ，Ｂには紙面の右側から左側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＣ１〜ＴＣ４およびトランジスタＴＧ１〜ＴＧ４はオフ状態となるため、コイルＣ、コイルＧには電流が流れない。
【００６４】
このとき、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ｃ）に示すように、コイル辺Ｄ，Ｅ，Ｆ，ｈ，ａ，ｂには紙面手前から奥に向けて、また、コイル辺Ｈ，Ａ，Ｂ，ｄ，ｅ，ｆには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ｂ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｇ、Ｃを収納したスロットからコイル辺ｃ，Ｇを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、さらに反時計方向に回転する。以降、同様にして、各トランジスタのオン状態。オフ状態は、図９の時刻ｔ２１から時刻ｔ２５に示すように切り替わり、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。
【００６５】
また、ケース２の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、トランジスタＴＡ３，ＴＢ２，ＴＢ３、ＴＣ２、ＴＣ３、ＴＤ２、ＴＤ３、ＴＥ３，ＴＦ１，ＴＦ４，ＴＧ１，ＴＧ４，ＴＨ１，ＴＨ４がオン状態になり、それ以外のトランジスタはオフ状態となる。これにより、図７の等価回路において、コイルＢ，Ｃ，Ｄには紙面の右側から左側に電流が流れ、コイルＦ，Ｇ，Ｈには紙面の左側から右側に電流が流れる。一方、トランジスタＴＡ１〜ＴＡ４およびトランジスタＴＥ１〜ＴＥ４はオフ状態となるため、コイルＡとコイルＥには電流が流れない。
【００６６】
このとき、直流モータの各コイル辺に流れる電流は、図１０（Ａ）に示す時刻ｔ２１の図に示す電流の方向とは逆向きの電流が流れる。すなわち、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｆ，ｇ，ｈには紙面奥から手前に向けて、また、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ｈ、ｂ、ｃ、ｄには紙面手前から奥に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１０（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ａ，Ｅを収納したスロットからコイル辺ｅ，Ａを収納したスロットに向かう方向）の磁界が発生する。この磁界により、回転子２０には時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では逆回転方向である時計方向に回転する。以降、同様にして、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【００６７】
第２の実施形態では、例えば、図１０（Ａ）に示す位置に回転子２０がある場合、回転子２０の磁極ＮＳの境界では、回転子２０の界磁による磁束密度はほぼゼロとなるため、この境界に位置するスロットに収納されたコイルＡとＥには逆起電力が発生しない。このため、コイルＡとＥを直流電源６０に接続すると、過電流が流れるおそれがある。このため、第２の実施形態では、回転子２０の極性が切り替わる位置に対向するスロットに収納されたコイルに対しては、このコイルの口出線に接続した少なくとも一方のハーフブリッジのトランジスタを非導通にすることによって、直流電源６０からの電流を流さないブランキング期間を設けている。本発明では、電流が流れないブランキング期間にあるコイルをブランキングコイルと呼ぶ。本実施形態では、ブランキングコイルは、磁極ＮＳの境界付近に位置する２個のコイルとなる。本実施形態では、ブランキングコイルが生じるものの、固定子１０のスロット数とコイル数を増やすことによって、ブランキングコイルの影響は小さくなり、コイルの電流利用効率は高くなる。ブランキングコイルを発生させる他の実施形態についても同様である。
【００６８】
直流モータの駆動時には、第２の実施形態では、各コイルは直流電源６０に対して並列に接続されるのに対して、第１の実施形態では、各コイルは直流電源６０に対して直列に接続される。第１の実施形態では、複数のコイルは閉ループを形成するように直列され、複数のコイルは２つのコイル群に分けられてそれぞれに電流が流れるように、スイッチング回路のトランジスタのオン・オフが切り替えられる。この場合、オン状態にあるトランジスタは、プラス側電源線６１に接続されたトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１のうちの１つと、マイナス側電源線６２に接続されたトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のうちの１つの計２つである。ここで、各コイルに流す所定の電流値をＬアンペアとした場合、各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２には、２Ｌアンペアの電流容量が必要となる。
【００６９】
また、第１の実施形態では、直列接続された各コイルに所定のＬアンペアを流すために、直流電源６０の電圧を大きくする必要があるため、各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ２には耐圧の大きなトランジスタを用いる必要がある。この傾向は、直流モータの回転を滑らかにするために、固定子１０のスロット数を増やしてコイル数を増やした場合に顕著に現れる。
【００７０】
一方、第２の実施形態に係る直流モータでは、各トランジスタＴＡ１〜ＴＩ４は、所定の電流値Ｌアンペアを流せる容量があればよいため、第１の実施形態に係る直流モータに比べて電流容量の小さなトランジスタを用いることができる。さらに、第２の実施形態に係る直流モータは、第１、第２の実施形態に係る直流モータに比べて、直流電源６０の電源電圧も小さくでき、トランジスタの耐圧も小さなものを使用できる。
【００７１】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図であり、図１２は、第３の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。本実施形態の直流モータ１０３の固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では８）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コア１１と、２層巻きで固定子コアの各スロットに収納した８個のコイルＡ〜Ｈからなる固定子巻線１２を備えている。この構成については、コイル数が異なるだけで第２の実施形態と同様である。
【００７２】
図１１に示すように、隣接する８個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝８）を有して設けられている。各コイルＡ〜Ｈは、２極機でスロット数が偶数の場合であるため、各コイルの２つのコイル辺が１８０°離れた位置のスロットに収められる。このため、本実施形態ではコイルピッチは磁極ピッチと等しくなる。また、隣接するコイルＡ〜Ｈは、２π／８（＝４５°）の位相差を有しており、各コイルＡ〜Ｈも隣接するコイルとは４５°の位相差を有している。また、回転子２０およびセンサＳａ〜Ｓｈの構成も第２の実施形態と同様である。
【００７３】
第３の実施形態では、各コイルＡ〜Ｈは直列接続されるが、隣接する２つのコイルに電流を流した際に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、２つの隣接するコイルの口出線が順次接続されて環状に直列接続される。そして、口出線の各接続点が、それぞれ直流電源のプラス側電源線とマイナス側電源線に接続されたハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点に接続されている。
【００７４】
より具体的には、コイルＨのコイル辺Ｈ側の口出線が隣接するコイルＡのコイル辺Ａの口出し線に接続され、その接続点はトランジスタＴＡ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＡ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。また、コイルＡのコイル辺ａ側の口出線と隣接するコイルＢのコイル辺ｂ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＢ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＢ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。さらに、コイルＢのコイル辺Ｂ側の口出線と隣接するコイルＣのコイル辺Ｃ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＣ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＣ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。以降、順次同様であり、コイルＧのコイル辺ｇ側の口出線とコイルＨのコイル辺ｈ側の口出線が接続され、その接続点はトランジスタＴＨ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＨ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。
【００７５】
したがって、直列接続された隣接する２つのコイル、例えば、隣接する２つのコイルＢ，Ｃに注目すると、コイル辺ｂの口出線からコイル辺ｃの口出線へ電流を流した際に、コイルＢとコイルＣに生じる磁束は、２つのコイルＢ，Ｃが共通に取り囲む領域に対しては逆方向の磁界が発生する。このようなコイルの接続形態を、本発明では逆方向接続という。
【００７６】
次に、第３の実施形態に係る直流モータ１０３の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図１３は、本発明の第３の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図１４は、第３の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図１５は、第３の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【００７７】
図１３に示す制御回路２５０は８個のセンサＳａ〜Ｓｈの信号を受けて、スイッチング素子である１６個のトランジスタＴＡ１〜ＴＨ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路２５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｈ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＨ２側を下流側とした場合、第１段目２５１の８個のＸＯＲ回路と、第２段目２５２の８個のＸＯＲ回路、第３段目２５３の４個のＮＯＴ回路、第４段目２５４の１２個のＮＯＴ回路、第５段目２５５の１６個のＡＮＤ回路、および、第６段目２５６の１６個の増幅器を備えている。
【００７８】
例えば、コイルＣとコイルＤ（コイル辺ｃとコイル辺ｄ）の口出線の接続点に接続されたハーフブリッジを構成するトランジスタＴＤ１とＴＤ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳａとＳｂからの信号が第１段目２５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第４段目２５４のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第５段目２５５の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、一方のセンサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目２５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第５段目２５５のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第４段目２５４のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＤ１，ＴＤ２に接続された第５段目２５５の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【００７９】
例えば、図１３または図１５（Ａ）で示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈに対向している状態（以下、この状態を「ケース３」という。）とすると、センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｈ”となり、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓｈの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、トランジスタＴＡ２、ＴＢ１，ＴＤ２、ＴＥ１，ＴＦ２，ＴＨ１の各ゲートに接続される第５段目２５５のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。この状態の各トランジスタのオン・オフの状態は、図１４の時刻ｔ３１に示される。同図において、ｔ３１からｔ３６は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＨ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の８個のトランジスタＴＡ２〜ＴＨ２のうち、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。
【００８０】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈには、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＢ、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＧ、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＨ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流が流れる。
【００８１】
ケース３（時刻ｔ３１）の状態においては、各コイルに流れる電流によって、図１５（Ａ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ、ｇ，ｈ，ａ，ｂには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｇ，Ｈ，Ａ，Ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。これにより、固定子１０の内部には、図１５（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ，Ｂを収納したスロットとコイル辺ｇ，Ｃを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｂ，Ｆを収納したスロットとコイル辺ｃ，Ｇを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００８２】
なお、この状態においてコイルＢ，Ｃの２コイルと、コイルＦ，Ｇの２コイルは直流電源６０に対して直列接続された状態で接続されるため、直流電源６０に対して単独に接続される他のコイルＡ，Ｄ，Ｅ，Ｈよりも流れる電流値は小さくなる。
【００８３】
時刻ｔ３１の状態から、さらに回転子２０が反時計方向に回転子すると、図１５（Ｂ）の時刻ｔ３２に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓａ，に対向する。これにより、トランジスタＴＡ２、ＴＢ１，ＴＣ２，ＴＥ１，ＴＦ２，ＴＧ１の各ゲートに接続される第５段目２５５のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。この状態における各トランジスタのオン・オフ状態は、図１４の時刻ｔ３２に示すとおりである。時刻ｔ３２の状態は、時刻ｔ３１の状態に比べて、上段のトランジスタＴＧ１と下段のトランジスタＴＣ２がオフ状態からオン状態に切り替わり、上段のトランジスタＴＨ１と下段のトランジスタＴＤ２がオン状態からオフ状態に切り替わっている。
【００８４】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈには、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＢ１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＣ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＤ、コイルＣ，マイナス電源側のトランジスタＴＣ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＧ１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＧ１、コイルＧ、コイルＨ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流が流れる。
【００８５】
時刻ｔ３２の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図１５（Ｂ）の時刻ｔ３２に示すように、コイル辺Ｄ，Ｅ，Ｆ、Ｇ，ｈ，ａ，ｂ，ｃには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｈ，Ａ，Ｂ，Ｃ，ｄ，ｅ，ｆ、ｇには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。これにより、固定子１０の内部には、図１５（Ｂ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｇ，Ｃを収納したスロットとコイル辺ｈ，Ｄを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｃ，Ｇを収納したスロットとコイル辺ｄ，Ｈを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【００８６】
この時刻ｔ３２状態においてコイルＢ，Ｃの２コイルと、コイルＦ，Ｇの２コイルは直流電源６０に対して直列接続された状態で接続されるため、直流電源６０に対して単独に接続される他のコイルＡ，Ｄ，Ｅ，Ｈよりも流れる電流値は小さくなる。
【００８７】
さらに回転子２０が反時計方向に回転すると、図１５（Ｃ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｃ，Ｓｄ，Ｓｅ，Ｓｆ，に対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｇ，Ｓｈ，Ｓａ，Ｓｂに対向する。これにより、各トランジスタＴＡ１〜ＴＨ２は、図１４の時刻ｔ３３で示すように、時刻ｔ３２の状態から、上段のトランジスタＴＤ１と下段のトランジスタＴＨ２がオフ状態からオン状態に切り替わり、上段のトランジスタＴＥ１と下段のトランジスタＴＡ２がオン状態からオフ状態に切り替わっている。
【００８８】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈのコイル辺Ａ〜ｈには、図１５（Ｃ）の時刻ｔ３３に示す電流が流れ、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｈ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｄ，Ｈを収納したスロットとコイル辺ｅ，Ａを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転を続ける。なお、時刻ｔ３１から時刻ｔ３３の間に、回転子２０は２π／８の２倍、すなわち９０°回転している。また、説明は省略するが、図１３または図１５（Ａ）に示すケース３の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【００８９】
本実施形態では、常に２つのハーフブリッジを構成する４個のトランジスタがオフ状態となるため、各コイルは、２個のトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合と、２つのコイルが直列接続された状態で２個のトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合の、２通りの直流電源６０への接続形態が存在する。このため、第１の実施形態に比べて、電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。また、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルには、ブランキング期間を設けていないが、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルは、隣接する２つのコイルが直列接続されて直流電源６０に接続されるため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を小さく抑えることができる。
【００９０】
（第４の実施形態）
図１６は、第４の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。本実施形態の直流モータ１０４の固定子は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では９）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コアと、固定子コアの各スロットに収納した９個のコイルＡ〜Ｉからなる固定子巻線を備えている。固定子コアと固定子巻線の構成、および、センサＳａ〜Ｓｉの構成については、コイルＡ〜Ｉの接続方法が異なるだけで、図１に示す第１の実施形態と同様である。なお、本実施形態では、第１の実施形態の直流モータ１０１よりも、ハーフブリッジの数は１組多くなっている。
【００９１】
第４の実施形態では、第３の実施形態と同様に、各コイルＡ〜Ｉは直列接続されるが、逆方向接続される。すなわち、隣接する２つのコイルに電流を流した際に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、２つの隣接するコイルの口出線が順次接続されて直列接続される。しかし、第４の実施形態ではコイル数が奇数であるため、環状ではなく単に直列接続されており、例えば、コイルＡとコイルＩとは接続されない。また、スロット数が奇数であるため、コイルピッチは、磁極ピッチよりも短い短節巻となる。それ以外のコイルの接続形態については第３の実施形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９２】
そして、口出線の各接続点が、それぞれ直流電源のプラス側電源線とマイナス側電源線に接続されたハーフブリッジを構成する２個のスイッチング素子の接続点に接続されている。このため、９つのコイルＡ〜Ｉに対して、２０個のトランジスタＴＡ１〜ＴＪ２が接続されている。
【００９３】
次に、第４の実施形態に係る直流モータ１０４の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図１７は、本発明の第４の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図１８は、第４の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図１９は、第３の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【００９４】
図１７に示す制御回路３５０は９個のセンサＳａ〜Ｓｉの信号を受けて、スイッチング素子である２０個のトランジスタＴＡ１〜ＴＪ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路３５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｉ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＪ２側を下流側とした場合、図１７に示す第１段目３５１の９個のＸＯＲ回路、第２段目３５２の９個のＸＯＲ回路、第３段目３５３の５個のＮＯＴ回路、第４段目３５４の１３個のＮＯＴ回路、第５段目３５５の１８個のＡＮＤ回路、第６段目３５６の１８個の増幅器、および、サブ論理回路３５７を備えている。
【００９５】
ここで、図１７に図示した第４の実施形態の制御回路３５０と図１３に図示した第３の実施形態の制御回路２５０とを対比すると、第４の実施形態の制御回路３５０は、コイルＨとコイルＩの電流を切り替えるために、トランジスタＴＩ１，ＴＩ２からなるハーフブリッジとトランジスタＴＪ１，ＴＪ２からなるハーフブリッジのためのサブ論理回路３５７が追加されている点で異なっている。
【００９６】
コイルＨとコイルＩ（コイル辺Ｈとコイル辺Ｉ）の口出線の接続点に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＩ１とＴＩ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳｉとＳａからの信号が第１段目３５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第４段目３５４のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＩ１，ＴＩ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、一方のセンサＳｉからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目３５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第５段目３５５のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第４段目３５４のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＩ１，ＴＩ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【００９７】
また、コイルＩのコイル辺ｉの口出線に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＪ１とＴＪ２に注目すると、トランジスタＴＡ１とＴＡ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力を受けるサブ論理回路３５７からゲート信号を生成している。トランジスタＴＡ１とＴＡ２は直列接続したコイルの一端側のコイルＡに接続したハーフブリッジであり、トランジスタＴＪ１とＴＪ２は、直列接続したコイルＩの一端側のコイルに接続したハーフブリッジである。サブ論理回路３５７は、トランジスタＴＡ１とＴＡ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力がそれぞれＮＯＴ回路を介してＸＯＲ回路に入力され、このＸＯＲ回路の出力とそれぞれのＮＯＴ回路の出力が、トランジスタＴＪ１とＴＪ２に接続された対となるＡＮＤ回路に入力される。
【００９８】
このため、トランジスタＴＡ１とＴＡ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力が“Ｌ”，“Ｌ”の場合は、トランジスタＴＪ１とＴＪ２に接続された対となるＡＮＤ回路の出力は“Ｌ”，“Ｌ”となり、“Ｈ”，“Ｌ”の場合は、“Ｌ”，“Ｈ”となり、“Ｌ”，“Ｈ”の場合は、“Ｈ”，“Ｌ”となる。したがって、トランジスタＴＪ１，ＴＪ２に接続された第５段目３５５の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【００９９】
例えば、図１７または図１９（Ａ）で示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ、Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉに対向している状態（以下、この状態を「ケース４」という。）とすると、センサＳａ，Ｓｂ，Ｓｃ，Ｓｄ、Ｓｅの出力は“Ｈ”となり、センサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、トランジスタＴＡ１、ＴＢ２，ＴＣ１、ＴＤ２，ＴＦ１，ＴＧ２，ＴＨ１，ＴＪ２の各ゲートに接続される第５段目２５５のＡＮＤ回路の出力値が“Ｈ”となり、他のトランジスタのゲートに接続されたＡＮＤ回路の出力は全て“Ｌ”となる。この状態の各トランジスタのオン・オフの状態は、図１８の時刻ｔ４１に示される。同図において、ｔ４１からｔ４６は時刻を示しており、上から下にかけて時間が経過する。また、プラス側電源線６１に接続されたプラス電源側の１０個のトランジスタＴＡ１〜ＴＪ１と、マイナス側電源線６２に接続されたマイナス電源側の１０個のトランジスタＴＡ２〜ＴＪ２のうち、それぞれの時刻においてオン状態にあるトランジスタを太枠で囲みハッチングを施している。
【０１００】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｉには、プラス電源側のトランジスタＴＡ１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＥ、コイルＤ，マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＧ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流。および、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＨ、コイルＩ，マイナス電源側のトランジスタＴＪ２を経由する電流が流れる。
【０１０１】
ケース４（時刻ｔ４１）の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図１９（Ａ）に示すように、コイル辺Ｉ，Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ、ｇ，ｈには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺ｉ，ａ，ｂ，ｃ，ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１９（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｄ，Ｈを収納したスロットとコイル辺ｅ，Ｉを収納したスロットとの中間位置からコイル辺ｉ，Ｄを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【０１０２】
なお、この状態において、コイルＤ，Ｅの２コイルと、コイルＨ，Ｉの２コイルは直流電源６０に対して直列接続されているため、直流電源６０に対して単独に接続される他のコイルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｆ，Ｇよりも流れる電流値は小さくなる。このため、本実施形態では、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルは、隣接する２つのコイルが直列接続されて、直流電源６０に接続されるため、逆起電力が小さくなることによる過電流が流れる影響を小さく抑えることができる。
【０１０３】
時刻ｔ４１の状態から、さらに回転子２０が反時計方向に回転子すると、図１９（Ｂ）の時刻ｔ４２に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓｈ，Ｓｉ，Ｓａ，に対向する。これにより、
トランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された一対のＡＮＤ回路の出力が共に“Ｌ”となるため、トランジスタＴＪ１，ＴＪ２に接続された一対のＡＮＤ回路の出力も共に“Ｌ”となる。したがって、各トランジスタＴＡ１〜ＴＪ２は、図１８の時刻ｔ４２に図示するように、時刻ｔ４１の状態から、上段のトランジスタＴＡ１と下段のトランジスタＴＪ２がオン状態からオフ状態に切り替わり、下段のトランジスタＴＩ２がオフ状態からオン状態に切り替わる。
【０１０４】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｉには、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＥ、コイルＤ，マイナス電源側のトランジスタＴＤ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＦ１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＧ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流、および、プラス電源側のトランジスタＴＨ１、コイルＨ、マイナス電源側のトランジスタＴＩ２を経由する電流が流れ、コイルＡとコイルＩは、ブランキングコイルとなって電流が流れない。
【０１０５】
時刻ｔ４２の状態においては、各コイル群に流れる電流によって、図１９（Ｂ）に示すように、コイル辺Ｂ，Ｃ，Ｄ，ｅ，ｆ、ｇ，ｈには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺ｂ，ｃ，ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈには紙面奥から手前に向けて電流が流れる。これにより、固定子１０の内部には、図１９（Ｂ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｉを収納したスロットからコイル辺ｉ，Ｄを収納したスロットとコイル辺ａ，Ｅを収納したスロットとの中間位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。時刻ｔ４１から時刻ｔ４２にかけて、回転子２０はほぼ２π／９の半分の２０°回転している。
【０１０６】
なお、この時刻ｔ４２に示す状態において、コイルＤ，Ｅの２コイルは直流電源６０に対して直列接続されているため、他のコイルＢ，Ｃ，Ｆ，Ｇよりも流れる電流値は小さくなる。また、コイルＡ，Ｉの２つのコイルには電流が流れない。このため、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイル辺における逆起電力が小さくなることによって、過電流が流れる影響を小さく抑えることができる。
【０１０７】
さらに、回転子２０が回転し、図１９（Ｃ）に示す状態になると、位置検出センサ４０の各センサＳａ〜Ｓｉの信号出力が変化するため、図１８の時刻ｔ４３に示すように、プラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＩ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＩ２のオン状態にあるトランジスタが切り替わる。これによって、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。以降、同様の動作が継続される。また、説明は省略するが、ケース４の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【０１０８】
本実施形態においても、第３の実施形態と同様に、各コイルは、２つのトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合と、２つのコイルが直列接続された状態で２つのトランジスタを介して直流電源６０に直接接続される場合の、２通りの直流電源６０への接続形態が存在するとともに、さらに、直列接続された両端のコイルには電流が流れないブランキング期間が生じる。このため、第１の実施形態に比べて、電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。
【０１０９】
（第５の実施形態）
図２０は、本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路を除く一構成例を示す図であり、図２１は、第５の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。本実施形態の直流モータ１０５の固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では６）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コア１１と、２層巻き固定子コアの各スロットに収納した６個のコイルＡ〜Ｆからなる固定子巻線１２を備えている。また、直流モータ１０５は６個Ｓａ〜Ｓｆを有している。
【０１１０】
隣接する６個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝６）を有して設けられている。各コイルＡ〜Ｆは、２極機でスロット数が偶数であるため、各コイルの２つのコイル辺が１８０°離れた位置のスロットに収められる。このため、本実施形態ではコイルピッチは磁極ピッチと等しくなる。また、隣接するコイルＡ〜Ｆは、２π／６（＝６０°）の位相差を有している。
【０１１１】
本実施形態では、コイルの数が偶数であって、隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対に分け、各コイル対の２つのコイルを逆方向接続している。すなわち、コイル対をなす２つのコイルの一方から他方に電流を流した場合に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、各コイル対をなす２つのコイルの口出線が接続されている。そして、各コイル対の２つのコイルの口出線の接続点と両端の口出線に、それぞれハーフブリッジを構成する２個のトランジスタの接続点が接続されている。
【０１１２】
６つのコイルＡ〜Ｆを有する場合、これらの６個のコイルを隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対に分ける。例えば、コイルＡ，Ｂ、コイルＣ，Ｄ、コイルＥ，Ｆをそれぞれ直列接続した３つのコイル対とする。直列接続するに当たっては、直列接続した各コイル対の一方から他方に電流を流した場合に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、各コイル対をなす２つのコイルの口出線を接続する。そして、各コイル対の２つのコイルの接続点と両端の口出線に、それぞれハーフブリッジを構成する２個のトランジスタの接続点が接続されている。したがって、各コイル対には３つのハーフブリッジを構成する６個のトランジスタが接続される。
【０１１３】
より具体的に、コイルＡ，Ｂからなるコイル対について説明すると、図２０に示すコイルＡのコイル辺ａ側の口出線が隣接するコイルＢのコイル辺ｂの口出し線に接続され、その接続点はトランジスタＴab１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴab２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。また、コイルＡのコイル辺Ａ側の口出線には、トランジスタＴＡ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＡ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。さらに、コイルＢのコイル辺Ｂ側の口出線には、トランジスタＴＢ１を介してプラス側電源線６１に接続されるとともに、トランジスタＴＢ２を介してマイナス側電源線６２に接続されている。コイルＣ，Ｄからなるコイル対、および、コイルＥ，Ｆからなるコイル対についても同様である。このように、本実施形態では、直列接続した２つのコイルと６個のトランジスタが一組となっている。
【０１１４】
次に、第５の実施形態に係る直流モータ１０５の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図２２は、本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図２３は、第５の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図２４は、第５の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【０１１５】
図２２に示す制御回路４５０は６個のセンサＳａ〜Ｓｆの信号を受けて、スイッチング素子である１８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＦ２のゲートへオン・オフ信号を送信する。制御回路４５０を構成する論理回路は、センサＳａ〜Ｓｆ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＦ２側を下流側とした場合、図２２に示す第１段目４５１の６個のＸＯＲ回路と、第２段目４５２の６個のＮＯＴ回路と３個のＸＯＲ回路、第３段目４５３の６個のＮＯＴ回路、第４段目４５４の１２個のＡＮＤ回路と３個のＮＯＴ回路、第５段目４５５の１８個の増幅器を備えている。
【０１１６】
例えば、コイルＡのコイル辺Ａの口出線に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＡ１とＴＡ２に注目すると、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳｆとＳａからの信号が第１段目４５１のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、第２段目４５２のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、一方のセンサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが第２段目４５２のＸＯＲ回路に入力され、その出力は、対となる第４段目４５４のＡＮＤ回路の一方に直接入力され、第３段目４５３のＮＯＴ回路を介して他方のＡＮＤ回路に入力される。このため、トランジスタＴＡ１，ＴＡ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【０１１７】
また、コイルＡのコイル辺ａの口出線とコイルＢのコイル辺ｂの接続点に接続されたハーフブリッジを構成するトランジスタＴab１とＴab２に注目すると、第２段目４５２のＸＯＲ回路に、センサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが入力され、その出力は、一方のトランジスタＴab１に入力されるとともに、他方のトランジスタＴab２に、第４段目４５４のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴab１，Ｔab２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【０１１８】
さらに、コイルＢのコイル辺Ｂの口出線に接続されたフルブリッジを構成するトランジスタＴＢ１とＴＢ２に注目すると、第１段目４５１のＸＯＲ回路には、隣り合う２つのホール素子であるセンサＳａとＳｂからの信号が入力され、その出力は、第２段目４５２のＮＯＴ回路を経て、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路にそれぞれ入力される。また、第２段目４５２のＸＯＲ回路には、一方のセンサＳａからの信号と正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが入力され、その出力は、対となる第４段目４５４の一方のＡＮＤ回路に直接入力され、他方のＡＮＤ回路に、第３段目４５３のＮＯＴ回路を介して入力される。このため、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２に接続された第４段目４５４の対となるＡＮＤ回路の出力値が同時に“Ｈ”になることはない。
【０１１９】
図２２または図２４（Ａ）の時刻ｔ５１に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓａに対向している状態（以下、この状態を「ケース５」という。）とすると、センサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｈ”となり、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓａの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、図２３の時刻ｔ５１で枠とハッチングで示すように、トランジスタＴab１、ＴＣ１，ＴＤ１、Ｔef１，ＴＡ２，Ｔcd２，ＴＦ２がオン状態になり、他のトランジスタは全てオフ状態になる。そして、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＢと、トランジスタＴＥ１，ＴＥ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＥは、それぞれ電流が流れないブランキングコイルとなる。
【０１２０】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｆには、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＤ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴef１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流が流れる。
【０１２１】
ケース５（時刻ｔ５１）の状態においては、各コイルに流れる電流によって、図２４（Ａ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，ｆ，ａには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｆ，Ａ，ｃ，ｄには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。また、コイル辺Ｂ，ｂ，Ｅ，ｅには電流が流れない。これにより、固定子１０の内部には、図２４（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ｂを収納したスロット位置からコイル辺ｂ，Ｅを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【０１２２】
この状態において、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルＢ，Ｅの２コイルはブランキングコイルとして電流が流れないため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を小さく抑えることができる。
【０１２３】
回転子２０が反時計方向に回転すると、図２４（Ｂ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓａ，Ｓｂに対向する。これにより、各トランジスタＴＡ１〜ＴＦ２は、図２３の時刻ｔ５２で示すように、時刻ｔ５１の状態から、上段のトランジスタＴＥ１、下段のトランジスタＴＢ２とＴef２がオフ状態からオン状態となり、上段のトランジスタＴＣ１とＴef１、下段のトランジスタＴＦ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。
【０１２４】
このため、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｆには、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＢ、マイナス電源側のトランジスタＴＢ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＤ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴef２を経由する電流が流れる。また、コイルＣ、Ｆには電流が流れない。
【０１２５】
この状態で、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈのコイル辺Ａ〜ｈには、図２４（Ｂ）の時刻ｔ５２に示す電流が流れ、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｆ，Ｃを収納したスロット位置からコイル辺ｃ、Ｆを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転を続ける。なお、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２の間に、回転子２０は２π／６、すなわち６０°回転している。
【０１２６】
さらに、回転子２０が回転し、図２４（Ｃ）に示す状態になると、位置検出センサ４０の各センサＳａ〜Ｓｆの信号出力が変化するため、図２３の時刻ｔ４３に示すように、プラス電源側のトランジスタＴＡ１〜ＴＦ１とマイナス電源側のトランジスタＴＡ２〜ＴＦ２のオン状態にあるトランジスタが切り替わる。これによって、回転子２０は正回転方向である反時計方向に回転し続ける。以降、同様の動作が継続される。また、説明は省略するが、ケース５の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【０１２７】
第５の実施形態では、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納された２つのコイルはブランキングコイルとして直流電源６０に接続されないため、逆起電力が小さくなることによって過電流が流れる影響を抑えることができる。また、コイル対をなす２つのコイルのコイル辺の接続点に接続される２つのトランジスタは、いずれか一方がオン状態となるため、各コイルに電流が流れる際は、必ず一方のコイル辺の口出線と他方のコイル辺の口出線とがトランジスタを介して直流電源に接続されることになる。このため、本実施形態は、第２の実施形態と同様に、第１の実施形態に比べて電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。また、固定子１０のスロット数とコイル数を増やすことにより、ブランキングコイルの影響を小さくし、コイルの電流利用効率を高めることができる。
【０１２８】
（第６の実施形態）
図２５は、第６の実施形態に係る直流モータの位置検出センサと制御回路を除く等価回路である。後述する図２８に示すように、本実施形態の直流モータ１０６の固定子１０は、ｎ（ｎは４ｍ以上の整数であり、本実施形態では７）個のスロットを形成したケイ素鋼板を積層した固定子コアと、２層巻き固定子コアの各スロットに収納した７個のコイルＡ〜Ｇからなる固定子巻線を備えている。また、直流モータ１０６は７個のセンサＳａ〜Ｓｇを有している。
【０１２９】
隣接する７個のスロットは位相差２π／ｎ（ｎ＝７）を有して設けられている。各コイルＡ〜Ｇは、２極機でスロット数が奇数であるため、各コイルの２つのコイル辺が１８０°より短い位置のスロットに収められる。このため、本実施形態ではコイルピッチは磁極ピッチより短い短節巻きとなる。また、隣接するコイルＡ〜Ｆは、２π／７（＝約５１．４°）の位相差を有している。
【０１３０】
本実施形態では、コイルの数が奇数であって、隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対と１つの単独コイルに分け、各コイル対の２つのコイルを逆方向接続している。すなわち、コイル対をなす２つのコイルの一方から他方に電流を流した場合に、この２つのコイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、各コイル対をなす２つのコイルの口出線が接続されている。そして、コイル対の２つのコイルの口出線の接続点と両端の口出線に、それぞれハーフブリッジを構成する２個のトランジスタの接続点に接続され、また、単独コイルの両端の口出線はそれぞれハーフブリッジをなす２つのトランジスタの接続点に接続されている。
【０１３１】
このように、第６の実施形態はコイル数が奇数であるため、第５の実施形態に単独コイルとこの単独コイルのためのスイッチング素子を付加した構成となっている。したがって、図２１に示す第５の実施形態に係る等価回路と図２５に示す第６実施形態に係る等価回路から明らかなように、直流電源６０に対するコイルＡ〜Ｆまでの６個のコイルとトランジスタＴＡ１〜ＴＦ２までの１８個のトランジスタの接続形態は、第５の実施形態と第６の実施形態とは同じである。また、単独コイルとなるコイルＧについては、第２の実施形態と同様であり、いわゆるＨブリッジあるいはフルブリッジを構成する４個のトランジスタＴＧ１〜ＴＧ４に接続されている。
【０１３２】
次に、第６の実施形態に係る直流モータ１０６の制御回路と、各コイルに流れる電流について説明する。図２６は、本発明の第５の実施形態に係る直流モータの制御回路の一構成例を示す図であり、図２７は、第６の実施形態に係る直流モータのスイッチング素子のオン・オフ状態の遷移を示す図である。また、図２８は、第６の実施形態に係る直流モータの各コイル辺に流れる電流を説明するための図である。
【０１３３】
図２６に示す制御回路５５０は７個のセンサＳａ〜Ｓｇの信号を受けて、スイッチング素子である２２個のトランジスタＴＡ１〜ＴＧ４のゲートへオン・オフ信号を送信する。
センサＳａ〜Ｓｇ側を上流側、トランジスタＴＡ１〜ＴＧ４側を下流側とした場合、図２６に示す第１段目５５１の７個のＸＯＲ回路と、第２段目５５２の７個のＮＯＴ回路と４個のＸＯＲ回路、第３段目５５３の７個のＮＯＴ回路、第４段目５５４の１４個のＡＮＤ回路、第５段目４５５の２２個の増幅器を備えている。
【０１３４】
本実施例の制御回路５５０を構成する論理回路は、図２２に示した第５の実施形態に係る直流モータ１０５の制御回路４５０と比較して説明すると、トランジスタＴＡ１、ＴＡ２に接続された対となるＡＮＤ回路に入力されるセンサの出力が、センサＳｇとＳａとなっている点、センサＳｆ，Ｓｇからの信号を受けて、コイルＧに接続したトランジスタＴＧ１〜ＴＧ４をオン・オフのため信号を出力する論理回路が付加されている点を除き、コイルＡ〜Ｆに接続された１８個のトランジスタＴＡ１〜ＴＦ２のオン・オフのための信号を生成する論理回路は論理的に同じであるため、その説明を省略する。
【０１３５】
また、単独のコイルＧについては、第２の実施形態の直流モータ１０２の各コイルに接続した４個のトランジスタのオン・オフのための信号を生成する論理回路と同じであるため、その説明を省略する。
【０１３６】
図２６または図２８（Ａ）の時刻ｔ６１に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓａに対向している状態（以下、この状態を「ケース５」という。）とすると、センサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄの出力は“Ｈ”となり、センサＳｅ，Ｓｆ，Ｓｇ，Ｓａの出力は“Ｌ”となる。そして、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが正回転の論理値“Ｈ”である場合、図２７の時刻ｔ６１で太枠とハッチングで示すように、トランジスタＴab１、ＴＣ１，ＴＤ１、Ｔef１，ＴＧ３，ＴＡ２，Ｔcd２，ＴＦ２，ＴＧ２がオン状態になり、他のトランジスタは全てオフ状態になる。そして、トランジスタＴＢ１，ＴＢ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＢと、トランジスタＴＥ１，ＴＥ２からなるハーフブリッジに接続されたコイルＥは、それぞれ電流が流れないブランキングコイルとなる。
【０１３７】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｇには、プラス電源側のトランジスタＴab１、コイルＡ、マイナス電源側のトランジスタＴＡ２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＣ１、コイルＣ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴＤ１、コイルＤ、マイナス電源側のトランジスタＴcd２を経由する電流、プラス電源側のトランジスタＴef１、コイルＦ、マイナス電源側のトランジスタＴＦ２を経由する電流、および、プラス電源側のトランジスタＴＧ３、コイルＧ、マイナス電源側のトランジスタＴＧ２を経由する電流が流れる。また、コイルＢとコイルＥには電流が流れない。
【０１３８】
ケース６（時刻ｔ６１）の状態においては、各コイルに流れる電流によって、図２８（Ａ）に示すように、コイル辺Ｃ，Ｄ，ｆ，ｇ，ａには紙面手前から奥に向けて電流が流れ、コイル辺Ｆ，Ｇ，Ａ，ｃ，ｄには紙面奥から手前に向けて電流が上がれる。また、コイル辺Ｂ，ｂ，Ｅ，ｅには電流が流れない。これにより、固定子１０の内部には、図２８（Ａ）に示す回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向（コイル辺ｅ，Ａを収納したスロットとコイル辺ｆ，Ｂを収納したスロットの中間位置からコイル辺ｂ，Ｅを収納したスロット位置へ向う方向）の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転する。
【０１３９】
この状態において、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納されたコイルＢ，Ｅの２コイルはブランキングコイルとして電流が流れないため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を小さく抑えることができる。
【０１４０】
回転子２０が反時計方向に回転すると、図２８（Ｂ）に示すように、回転子２０のＮ極がセンサＳｂ，Ｓｃ，Ｓｄ，Ｓｅに対向し、回転子２０のＳ極がセンサＳｆ，Ｓｇ，Ｓａに対向する。回転子２０は、時刻ｔ６１の状態から時刻ｔ６２の状態に時計方向に２π／（７×２）の角度移動している。これにより、各トランジスタＴＡ１〜ＴＧ４は、図２７の時刻ｔ６２で示すように、時刻ｔ６２には、時刻ｔ６１の状態から、上段のトランジスタＴＥ１、下段のトランジスタＴef２がオフ状態からオン状態となり、上段のトランジスタＴef１、下段のトランジスタＴＦ２がオン状態からオフ状態に切り替わる。
【０１４１】
これにより、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｇには、時刻ｔ６１の状態と比べて、プラス電源側のトランジスタＴＥ１、コイルＥ、マイナス電源側のトランジスタＴef２を経由する電流が流れるとともに、コイルＦには電流が流れない。このため、直流電源６０から各コイルＡ〜Ｈのコイル辺Ａ〜ｇには、図２８（Ｂ）の時刻ｔ６２に示す電流が流れ、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に沿った方向の磁界が発生する。この磁界によって、回転子２０には反時計方向のトルクが作用し、回転子２０は、本実施形態では正回転方向である反時計方向に回転を続ける。
【０１４２】
以降、同様に、回転子２０の回転によって、各トランジスタのオン・オフの状態は、図２７の時刻ｔ６３以降に示す状態となり、各コイル辺に流れる電流は時刻ｔ６３では図２８（Ｃ）、時刻ｔ６４では図２８（Ｄ）に示す方向に流れる。また、説明は省略するが、ケース６の状態において、正逆回転制御入力端子７０からの正逆信号Ｑが逆回転の論理値“Ｌ”であった場合、回転子２０は逆回転方向である時計方向に回転し続ける。
【０１４３】
本実施形態においては、第５の実施形態と同様に、回転子２０の磁極ＮＳの境界線に位置するスロットに収納された２つのコイルはブランキングコイルとして直流電源６０に接続されないため、逆起電力が小さくなることによる過電流の影響を抑えることができる。また、コイル対をなす２つのコイルのコイル辺の接続点に接続される２つのトランジスタは、いずれか一方がオン状態となるため、各コイルに電流が流れる際は、必ず一方のコイル辺の口出線と他方のコイル辺の口出線とがトランジスタを介して直流電源に接続されることになる。このため、第１の実施形態に比べて電流容量と耐圧が小さいトランジスタを使用することができる。また、固定子１０のスロット数とコイル数を増やすことにより、ブランキングコイルの影響を小さくし、コイルの電流利用効率を高めることができる。
【０１４４】
（第７の実施形態）
本発明に係る直流モータの回転子は、永久磁石回転子であってもよく、また、励磁コイルを備えたものであってもよい。第７の実施形態に係る直流モータは、図示しないが、回転子として励磁コイルを備えている。励磁コイルに供給する直流電流は、スリップリングを介して回転子側に供給してもよく、また、無接触で励磁コイルに給電するために、回転子側と固定子側に同軸のコイルを設け、電磁誘導を利用して回転子側に誘起した交流電圧をダイオードブリッジによって整流し、回転子側の励磁巻線を直流駆動してもよい。本実施形態では、回転子を惰性で回転させる場合に、回転子の励磁コイルへの電流を遮断することによって、固定子側にヒステリシス損や渦電流損が発生することがない。このため、輸送機械用の直流モータとして利用する場合に、効率のよい稼働が可能となる。
【０１４５】
以上、本発明に係る直流モータについて説明したが、２極の回転子を有する直流モータのコイル数は４つ以上あればよく、順方向接続のコイルを有する直流モータの場合は、コギングを小さくするために固定子のスロット数は奇数の方が望ましい。したがって、コイル数は５個以上の奇数であることがより望ましい。また、各実施形態では、説明を簡単にするために少ないコイル数の事例を挙げて説明したが、例えば、コイル数が１８以上であることが望ましい。
【０１４６】
そして、説明を簡単にするために、回転子の磁極数が２極の場合について説明したが、回転子の磁極数は２ｍ（ｍは整数）極であってよい。その場合の固定子のスロット数は、４ｍ以上の整数であればよい。そして、ｎ個のコイルを、ｎ／２ｍ個（但し商）のスロットだけ離れたスロットに収納すればよい。その際は、コイルに流れる電流が、回転子のＮ極に対向するコイルのコイル辺とＳ極に対向するコイルのコイル辺とが異なる方向となるように、スイッチング素子の導通・非導通を切り替えるようにすればよい。
【０１４７】
また、第５、第６の実施形態では、隣接する２つのコイルを直列接続したコイル対に分けたが、コイル数を増やした場合に、隣接する３つのコイルあるは３つ以上のコイルを直列接続したコイル群とし、このコイル群の各口出線の接続点にハーフブリッジを設ける構成とすることもできる。
【０１４８】
また、回転子の周囲に固定子を配置したインナーロータ型の直流モータを例に説明したが、固定子の回りに回転子を配置したアウターロータ型のモータ、あるいは、アキシャルギャップ型のモータとして構成してもよい。さらに、スロットレスモータやコアレスモータとして構成することも可能である。
【０１４９】
また、制御回路は論理回路から構成したが、例えばマイコンを用いてもよい。この場合、マイコンのメモリ内に、予め回転子２０の位置に対して各トランジスタをオン・オフするゲート信号のテーブルを記憶させておき、センサからの回転子２０の位置信号をマイコンに入力し、各トランジスタへのゲート信号をマイコンから出力するように構成することが可能である。この場合、位置検出センサ４０としては、ホール素子以外にロータリーエンコーダやレゾルバを用いて回転子の位置を検出するようにしてもよい。
【０１５０】
以上、本発明の直流機の例として、直流モータについて説明したが、各実施形態で説明した直流モータは、駆動条件によって従来のブラシ付き直流モータと同様に発電機としても機能させることができる。発電機として機能させる場合としては、例えば、回生制動時に回転子の運動エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電源側に戻したり、さらに、直流電源自体を負荷として充電したり、直流電源を他の負荷に置き換えることができる。本発明の直流機を発電機として機能させ、直流電源を他の負荷に置き換えることは、特許請求の範囲に記載した事項の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１５１】
１０…固定子、１１…固定子コア、１２…固定子巻線、２０…回転子、３０…スイッチング回路、４０…位置検出センサ、５０，５０'，１５０，２５０，３５０，４５０，５５０…制御回路、６０…直流電源、６１…プラス側電源線、６２…マイナス側電源線、７０…正逆回転制御入力端子、１０１〜１０６…直流モータ、３５７…サブ論理回路。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極の磁極を有する２ｍ極（ｍは整数）の回転子と、
該回転子の磁極ピッチに略等しいコイルピッチを有し、２π／ｎ（ｎは４ｍ以上の整数）位相をずらせて設けたｎ個のコイルを備えた固定子を有し、
各前記コイルはそれぞれ２本の口出線を有しており、各前記口出線は、プラス側電源線とマイナス側電源線に接続された２個のスイッチング素子からなるハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点に接続され、
前記回転子の磁極の位置に応じて、各前記コイルに流れる電流が、前記回転子の前記Ｎ極に対向する前記コイルのコイル辺と前記Ｓ極に対向する前記コイルのコイル辺とが異なる方向となるように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替える制御回路を備えたことを特徴とする、直流機。
【請求項２】
隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、同じ方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、該口出線の接続点に前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の接続点が接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項３】
各前記コイルの２つの前記口出線が、他の前記コイルの他の前記口出線と接続されることなく、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項４】
前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルが環状に直列接続され、
前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項５】
前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルに電流を流した際に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、隣接する前記コイルの前記口出線が順次接続されて前記コイルを直列接続され、
前記口出線の各接続点が、前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項６】
前記コイルの数が偶数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対に分け、該コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線が接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの前記口出線の接続点と両端の前記口出線に、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点が接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項７】
前記コイルの数が奇数であって、隣接する２つの前記コイルを直列接続したコイル対と１つの単独コイルに分け、前記コイル対をなす２つの前記コイルの一方から他方に電流を流した場合に、該２つの前記コイルが共通に取り囲む領域において、逆方向の磁界が発生するように、前記２つの前記コイルの前記口出線が接続されるとともに、前記コイル対の２つの前記コイルの前記口出線の接続点と両端の前記口出線が、それぞれ前記ハーフブリッジの２個の前記スイッチング素子の前記接続点に接続され、前記単独コイルの両端の前記口出線がそれぞれ前記ハーフブリッジの接続点に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の直流機。
【請求項８】
前記制御回路が、前記回転子のＮ極とＳ極との境界近傍に対向する前記コイルの前記コイル辺に電流を流さないように、前記スイッチング素子の導通・非導通を切り替えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１に記載の直流機。
【請求項９】
各前記コイルが、前記固定子に形成したスロットに挿入されている、請求項１から８のいずれか１に記載の直流機。
【請求項１０】
前記回転子が、永久磁石回転子、あるいは、励磁コイルを有する回転子であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１に記載の直流機。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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