(57)【要約】【課題】２相直流モータの銅損低減と振動、騒音の低減。【解決手段】ステータにＡ相ステータ磁極、Ａ相巻線、Ｂ相ステータ磁極、Ｂ相巻線、ロータにＮ極磁極とＳ極磁極と前記両極の中間の磁気的特性を示す第３のロータ磁極であるＸ極磁極とを備え、Ａ相巻線とＢ相巻線へは片方向電流を通電して特定方向のトルクを生成する時、前記Ａ相巻線と前記Ｂ相巻線との両方が特定方向へのトルクを発生することができる回転領域において両電流を通電し、他の回転領域においては片側の巻線だけに電流を通電して、静粛な回転駆動を低コストに実現するモータ。【選択図】  図１１
2014117055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を使用するブラシレスモータであって、
ステータに配置するＡ相ステータ磁極ＳＰａと、
前記Ａ相ステータ磁極を励磁するＡ相巻線Ｗａと、
前記Ａ相ステータ磁極と同一の円周上に配置するＢ相ステータ磁極ＳＰｂと、
前記Ｂ相ステータ磁極を励磁するＢ相巻線Ｗｂと、
前記Ａ相ステータ磁極と同一の円周上に隣接して配置していてステータとロータとの間に磁束を通過させるＣ１相ステータ磁極ＳＰｃ１と、
前記Ａ相ステータ磁極と同一の円周上に隣接して配置していてステータとロータとの間に磁束を通過させるＣ２相ステータ磁極ＳＰｃ２と、
ロータのＮ極磁極と、
ロータのＳ極磁極と、
磁気的にロータのＮ極磁極とＳ極磁極との間の磁気的特性を示す第３のロータ磁極であるＸ極磁極とを備え、
片方向の正トルクを発生する場合に、前記Ａ相巻線Ｗａだけが正トルクを発生できる回転位置領域ではＡ相電流Ｉａを通電し、
前記Ｂ相巻線Ｗｂだけが正トルクを発生できる回転位置領域ではＢ相電流Ｉｂを通電し、
前記Ａ相巻線Ｗａと前記Ｂ相巻線Ｗｂとの両方が正トルクを発生できる回転位置領域では、モータ制御に必要としているトルクをＡ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂの二つの電流で分担してトルク発生し制御することを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記Ａ相巻線Ｗａと前記Ｂ相巻線Ｗｂとの両方が正トルクを発生できる回転位置領域で、モータ制御に必要としているトルクを前記Ａ相電流Ｉａと前記Ｂ相電流Ｉｂの二つの電流で等しく分担してトルク発生し制御することを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記Ａ相巻線Ｗａと前記Ｂ相巻線Ｗｂとの両方が正トルクを発生できる回転位置領域であって、前記Ａ相巻線Ｗａの電圧が減少し前記Ｂ相巻線Ｗｂの電圧が増加する領域において、前記Ａ相電流Ｉａが２次関数で減少を開始し電流が零に収束する部分において２次関数で減少して収束し、前記Ｂ相電流Ｉｂが２次関数で増加を開始し電流が定常値に収束する部分において２次関数で増加して収束させ、二つの電流で分担してトルク発生し制御することを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１に記載したモータにおいて、
モータの加減速などの制御パターンやトルク信号の大きさに応じて前記Ａ相電流Ｉａと前記Ｂ相電流Ｉｂとの通電方法を選択して制御する、あるいは、モータ制御モードの選択指令に応じて前記Ａ相電流Ｉａと前記Ｂ相電流Ｉｂとの通電方法を選択して制御することを特徴とするモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車やトラック等に搭載されるモータと、その独特な制御装置に関する。また、産業用機器、家庭電化製品などへの適用も可能である。
【背景技術】
【０００２】
自動車や家庭電化製品では、一般的に、３相交流のブラシレスモータが使用されている。また、ファンなどの小型モータ用途には、簡素で低コストな単相交流モータも使用されている。
しかし、単相交流モータは連続トルクを発生することができないので、間歇的な回転トルクとなり、トルクリップルが大きく、振動、騒音の問題がある。大型モータではこの問題が顕在化するので、比較的小型の単相交流モータが使用されている。また、単相交流モータのトルクが不連続であることから、停止時のロータ回転位置によっては起動ができないという問題もある。この起動問題を解決する種々工夫もなされているが、効率がやや低下するなどの問題がある。
【０００３】
また、簡素な構成で静粛なモータとして、図１８に示す特殊な２相モータが提案されている。１０はロータで、１１はロータ軸、１２はロータ表面に配置した永久磁石を含むＮ極磁極、Ｓ極磁極、Ｘ極磁極である。１３はＡ相のステータ磁極、１４はＢ相のステータ磁極、１５はＣ相のステータ磁極である。１８はステータのバックヨークである。１６はステータの円周方向に巻回した環状形状のＡ相巻線、１７は環状形状のＢ相巻線である。これらの巻線１６、１７は、概略的に環状で、巻線の製作を容易化することが可能である。また、波状巻線、鼓状巻線などへの変形も可能である。なお、このモータの軸受け、モータのケース、ケースとステータとを固定する部材等は省略し、図示していない。後に、図１から図７の説明でさらに詳細に説明する。
【０００４】
図１９は、図１８のモータの誘起電圧と電流の例とトルクの例を示す図である。図１９の（ａ）はＡ相誘起電圧Ｖａである。図１９の（ｂ）はＢ相誘起電圧Ｖｂである。図１９の（ｃ）はＡ相電流Ｉａの例で、図１９の（ｄ）はＢ相電流Ｉｂの例である。このように、Ａ相誘起電圧Ｖａの平坦な部分でＡ相電流Ｉａを増減、通電し、Ｂ相誘起電圧Ｖｂの平坦な部分でＢ相電流Ｉｂを増減、通電し、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂを交互に通電することにより、トルクリップルの小さい図１９の（ｅ）に示す平坦なトルクを得ることができる。少なくとも、ロータの円周方向に発生する力成分のＡ相とＢ相の合計は原理的に均一である。
【０００５】
しかし、ステータとロータ間に作用するＡ相とＢ相の力成分は交互に変動しており、その力成分に起因する振動、騒音は発生する問題がある。また、その力成分の周波数成分により振動、騒音の大きさと質に影響する。また、モータを高速回転で駆動する場合には、電流の応答性の限界により所望の電流値、波形が得られないことが有り、トルクリップルが発生する問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２３８５３６号公報（図１、図２）
【特許文献２】特開２０１２−０９０４４７号公報（図１、図９）
【発明の概要】
【０００７】
本発明では、これらのモータをさらに効率良く、また、静粛に駆動する技術を提案するものである。生活の場に近いところで使用されるモータは、静粛である必要が有り、競争力の観点では低コストで小形である必要が有り、環境及びトータルコストの観点では高効率である必要が有り、これらの両立が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載のモータは、永久磁石を使用するブラシレスモータであって、ステータに配置するＡ相ステータ磁極ＳＰａと、前記Ａ相ステータ磁極を励磁するＡ相巻線Ｗａと、前記Ａ相ステータ磁極と同一の円周上に配置するＢ相ステータ磁極ＳＰｂと、前記Ｂ相ステータ磁極を励磁するＢ相巻線Ｗｂと、前記Ａ相ステータ磁極と同一の円周上に隣接して配置していてステータとロータとの間に磁束を通過させるＣ１相ステータ磁極ＳＰｃ１と、前記Ａ相ステータ磁極と同一の円周上に隣接して配置していてステータとロータとの間に磁束を通過させるＣ２相ステータ磁極ＳＰｃ２と、ロータのＮ極磁極と、ロータのＳ極磁極と、磁気的にロータのＮ極磁極とＳ極磁極との間の磁気的特性を示す第３のロータ磁極であるＸ極磁極とを備え、片方向の正トルクを発生する場合に、前記Ａ相巻線Ｗａだけが正トルクを発生できる回転位置領域ではＡ相電流Ｉａを通電し、前記Ｂ相巻線Ｗｂだけが正トルクを発生できる回転位置領域ではＢ相電流Ｉｂを通電し、前記Ａ相巻線Ｗａと前記Ｂ相巻線Ｗｂとの両方が正トルクを発生できる回転位置領域では、モータ制御に必要としているトルクをＡ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂの二つの電流で分担してトルク発生し制御することを特徴とするモータである。
この構成によれば、Ａ相電流の通電幅とＢ相電流の通電幅を広げる効果があり、出力トルクは従来方法と変わらないが、電流密度の小さい時間幅が相対的に広がることになり、モータの銅損を低減することができる。また、Ａ相トルクとＢ相トルクの急な変動を低減できるために振動、騒音が低減する効果もある。
【０００９】
請求項２に記載のモータは、請求項１に記載したモータにおいて、前記Ａ相巻線Ｗａと前記Ｂ相巻線Ｗｂとの両方が正トルクを発生できる回転位置領域で、モータ制御に必要としているトルクを前記Ａ相電流Ｉａと前記Ｂ相電流Ｉｂの二つの電流で等しく分担してトルク発生し制御することを特徴とするモータである。
この構成によれば、モータの銅損を２０％程度低減することができる。Ａ相トルクとＢ相トルクの急な変動を１／２に低減できるため、振動、騒音が低減する。
【００１０】
請求項３に記載のモータは、請求項１に記載したモータにおいて、前記Ａ相巻線Ｗａと前記Ｂ相巻線Ｗｂとの両方が正トルクを発生できる回転位置領域であって、前記Ａ相巻線Ｗａの電圧が減少し前記Ｂ相巻線Ｗｂの電圧が増加する領域において、前記Ａ相電流Ｉａが２次関数で減少を開始し電流が零に収束する部分において２次関数で減少して収束し、前記Ｂ相電流Ｉｂが２次関数で増加を開始し電流が定常値に収束する部分において２次関数で増加して収束させ、二つの電流で分担してトルク発生し制御することを特徴とするモータである。
この構成によれば、ステータ磁極にかかる部分的な力の変化を大幅に低減できる。２次関数化により、力の変化率を一定値以下とすることができる。従って、振動、騒音を低減することができる。
【００１１】
請求項４に記載のモータは、請求項１に記載したモータにおいて、モータの加減速などの制御パターンやトルク信号の大きさに応じて前記Ａ相電流Ｉａと前記Ｂ相電流Ｉｂとの通電方法を選択して制御する、あるいは、モータ制御モードの選択指令に応じて前記Ａ相電流Ｉａと前記Ｂ相電流Ｉｂとの通電方法を選択して制御することを特徴とするモータである。
この構成によれば、具体的な運転モードの例として、加減速でトルクが大きい領域では振動、騒音の小さい運転モードで回転駆動し、一定速で比較的軽負荷が長時間続く領域では銅損が小さく高効率な運転モードでモータを回転駆動する。あるいは、モータを含むシステムの要求に応じて種々の運転モードを選択して駆動することもできる。銅損の小さな運転モード、振動、騒音の小さな運転モード、最大トルクを大きくできる運転モード、それらの中間の運転モードなどである。状況に応じたモータの運転モードの選択を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】２相の電流で回転駆動する本発明モータの縦断面を示す図である。
【図２】図１のモータの断面Ａ−Ａを示す図である。
【図３】図１のモータの断面Ｂ−Ｂを示す図である。
【図４】図１のモータの断面Ｃ−Ｃを示す図である。
【図５】図１のモータの断面Ｄ−Ｄを示す図である。
【図６】図１のモータの断面Ｅ−Ｅを示す図である。
【図７】図１のモータのステータ磁極とロータ突極との対向面の円周方向形状を直線状に展開した図である。
【図８】円筒形状の本発明モータの横断面の構成を示す図である。
【図９】図８のモータのステータ磁極とロータ突極との対向面の円周方向形状を直線状に展開した図である。
【図１０】図１あるいは図８のモータ構成で、各ロータ回転位置θｒにおけるステータとロータとが対向する部分のステータ磁極形状とロータ磁極の形状とについて、円周方向を直線状に展開して示す図、および、Ａ相電圧、Ｂ相電圧を示す図である。
【図１１】図１あるいは図８のモータを含む制御装置全体のブロックダイアグラムである。
【図１２】本発明モータの誘起電圧および駆動電流の例を示す図である。
【図１３】本発明モータの誘起電圧および駆動電流の例を示す図である。
【図１４】本発明モータの回転速度およびトルクの例を示す図である。
【図１５】図１あるいは図８のモータの駆動回路例である。
【図１６】図１あるいは図８のモータの駆動回路例である。
【図１７】図１あるいは図８のモータの駆動回路例である。
【図１８】従来の２相モータの縦断面図である。
【図１９】図１８のモータの誘起電圧、駆動電流、トルクを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
本発明では、図１、図８に示す特殊な２相モータであって、電流制御装置を含むモータを提案する。それは、低コストと高品質を両立するモータシステムでもある。少し具体的には、非対称な２相モータの構成で、２個の片方向電流で回転駆動することができ、２個のＭＯＳＦＥＴなどの電力素子で制御することが可能である。従って、ＭＯＳＦＥＴだけでなく、そのドライバを含めて部品点数を低減できるため、低コストである。モータの電圧および電流は特有の特性となり、独特の電圧制御と電流制御で実現することになる。そして、トルクリップルが小さく、高品質な回転駆動を実現することができる。このように、低コストと高品質を両立することができる。
この用途例として、生活の場に近いところで使用される各種のファンなどがあり、特にそのような用途では静かさは重要である。特に小容量モータ用途で特徴を発揮し易い。
【００１４】
図１に本発明モータの縦断面図の例を示す。図１のモータは、先に説明した図１８のモータと同一である。各断面Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ、Ｅ−Ｅの部位を追加して示している。
図２は図１の断面Ａ−Ａの形状である。１３はＡ相のステータ磁極で、円周上に等間隔に４個配置している。モータ全周は電気角で３６０°×４＝１４４０°である。Ａ相のステータ磁極１３のロータに面する部分の円周方向幅は、機械角で３０°、電気角で１２０°の例を示している。２１はロータのＮ極磁極、２２はＳ極磁極である。２３はロータの第３の磁極であり、本発明ではＸ極磁極と称する。前記Ｘ極磁極は、後に具体例で示すように、磁気的にＮ極磁極とＳ極磁極との中間の磁気的特性を示す磁極である。
【００１５】
図３は図１の断面Ｂ−Ｂの形状である。１４はＢ相のステータ磁極で、円周上に等間隔に４個配置している。モータ全周は電気角で３６０×４＝１４４０°である。Ｂ相のステータ磁極１４のロータに面する部分の円周方向幅は、機械角で３０°、電気角で１２０°の例を示している。
３０は電気的な切断部であり、ステータの軟磁性体の円周方向に流れる環状の電流を遮断する目的でこの切断部を作る。ステータの磁気回路を電磁鋼板の打ち抜きと折り曲げの加工で製作する場合などでは、電磁鋼板の電気的抵抗が無視できない。モータ電流により励起されるこの循環電流を低減することはモータ効率を改善するために有効である。この切断部３０は図３以外の他の部分についても効果的である。
しかし、ステータの軟磁性体が鉄粉に絶縁膜を施し、金型でプレス成形して製作する圧粉磁心の場合には、圧粉磁心の電気抵抗が大きく、前記の電気的な切断部３０を作る必要がない。また、電気抵抗の大きい電磁鋼板であれば、前記の環状電流が小さくなり、そのジュール損を実用上の問題がない程度に低減することも可能である。前記の環状電流を小さくするような形状の工夫も可能である。
【００１６】
図４は図１の断面Ｃ−Ｃの形状である。１５はＣ相のステータ磁極で、円周上に等間隔に８個配置している。モータのロータ軸方向の中間部に位置している。モータ全周は電気角で３６０×４＝１４４０°である。Ｃ相のステータ磁極１５のロータに面する部分の円周方向幅は、機械角で１５°、電気角で６０°の例を示している。
なお、Ａ相ステータ磁極１３、Ｂ相ステータ磁極１４、Ｃ相ステータ磁極１５の円周方向幅は電気角でそれぞれ１２０°、１２０°、６０°と説明したが、実際にはステータ磁極間の隙間が漏れ磁束低減のため必要であり、隙間の分だけ少しずつ小さな円周方向幅の角度である。
【００１７】
図５は図１の断面Ｄ−Ｄの形状であり、スロット部分の断面図である。１６は環状形状のＡ相巻線である。このＡ相巻線１６へ前記Ａ相ステータ磁極１３を通過するＡ相磁束φａが鎖交する。
図６は図１の断面Ｅ−Ｅの形状であり、スロット部分の断面図である。１７は環状形状のＢ相巻線である。このＢ相巻線１７へ前記Ｂ相ステータ磁極１４を通過するＢ相磁束φｂが鎖交する。ただし、Ａ相磁束φａとＢ相磁束φｂとがそれぞれのＡ相巻線とＢ相巻線に鎖交する方向は相対的に逆であり、発生電圧が逆方向になるので、巻線接続は逆方向にする必要がある。
【００１８】
図７は図１のステータとロータとが対向する面の各ステータ磁極の形状と各ロータ磁極の形状を円周方向を直線状に展開した図である。それは、エアギャップ面の形状でもある。紙面で水平方向は、円周方向の回転角θｒを電気角で示している。図７の紙面で上側半分は各相のステータ磁極の内径側形状を示し、紙面で下側半分はロータの外周面形状を示している。図７の１３はＡ相ステータ磁極の内周面形状である。１４はＢ相ステータ磁極の内周面形状である。１５はＣ相ステータ磁極の内周面形状である。
図７の紙面において上下方向はロータ軸方向であり、全ステータのロータ軸方向長さはＨｓで、ロータのロータ軸方向長さはＨｒであり、図７ではＨｓとＨｒとが同じ値である例について示している。そして、Ａ相ステータ磁極１３、Ｂ相ステータ磁極１４、Ｃ相ステータ磁極１５のロータ軸方向長さは約Ｈｓ／３である。
【００１９】
ここで、図１のモータ構成例では、本発明モータの磁気回路構成が３次元形状であるため、表現が難しいので、比較的表現が容易なステータ磁極の形状例として図１と図７を図示した。しかし、これらのステータ磁極１３、１４、１５は、図７の下側の２４で示すＡ相、Ｂ相、Ｃ相のステータ磁極の形状のように、ロータ軸方向の長さを約３倍に延長することが可能である。ステータ磁極のロータ軸方向長さを大きくすると、巻線に鎖交する磁束が増加し、トルクを増大することができる。このように、ステータ磁極形状は種々変形が可能である。
【００２０】
図７に示すロータは、図１のロータの円周方向形状を直線状に展開した形状を示している。円周方向にＮ極磁極２１とＳ極磁極２２とＸ極磁極２３とを隣接して配置している。この２３はＸ極磁極と称しており、永久磁石のＮ極とＳ極との中間の磁気特性である。
２１はＮ極の永久磁石であり、２２はＳ極の永久磁石である。２３のＸ極磁極の具体的な例は、磁束密度が零の空気あるいは樹脂などの非磁性体である。また、Ｎ極の永久磁石とＳ極の永久磁石とを同一比率で混在させて構成することができる。この時、Ｘ極磁極の平均的な磁気的特性は磁石が存在しないときと同じで、比透磁率は永久磁石と同じで、Ｘ極磁極とステータ磁極との間の磁気的吸引力はＮ極磁極およびＳ極磁極と同程度に大きい。各ロータ磁極２１、２２、２３の円周方向幅はそれぞれ電気角で１２０°である。また、図７のモータのトルク発生の方法、電流と電圧の定性的な関係は図１０に示すモータと同じであり、図１０のモータの説明で図７のモータの特性を兼ねて示す。
【００２１】
図８に示す形状は、図１に示したモータとは形状が異なる本発明モータ例の横断面図である。電磁気的な作用が推測しやすいように、１極対のモータモデルを示している。実用的には３極対、４極対などに多極化して設計し、使用する。
ロータ軸方向の縦断面図などの形状は図示していないが、通常の３相交流モータなどと同様に、ロータ軸方向に円筒形状のステータコアと巻線および円筒形状のロータなどの構成となっている。ステータのロータ軸方向両端には、各巻線を折り返すいわゆるコイルエンド部がある。ステータコアは、通常、電磁鋼板をロータ軸方向へ積層して構成することが多い。フェライトコア、圧粉磁心などを使用することができる。
【００２２】
図８に示す５７、５９、５８は、それぞれロータのＳ極磁極、Ｎ極磁極、Ｘ極磁極であり、５Ｅはロータ軸である。また、５３はＡ相のステータ磁極、５４はＢ相のステータ磁極、５５はＣ１相のステータ磁極、５６はＣ２相のステータ磁極である。５Ｆはステータのバックヨーク部である。５Ａと５ＢはＡ相のステータ磁極５３へ巻回した集中巻のＡ相巻線である。５Ｃと５ＤはＢ相のステータ磁極５４へ巻回した集中巻のＢ相巻線である。Ｃ１相のステータ磁極５５とＣ２相のステータ磁極５６へは巻線を巻回していない。ただし、何らかの他の理由で、Ｃ１相のステータ磁極５５およびＣ２相のステータ磁極５６へ巻線を付加することは可能である。また、集中巻きの例を示したが、波状巻線、鼓状巻線、環状巻線などへの変形も可能である。
【００２３】
Ａ相のステータ磁極５３の円周方向角度幅をθａ、Ｂ相のステータ磁極５４の円周方向角度幅をθｂ、Ｃ１相のステータ磁極５５の円周方向角度幅をθｃ１、Ｃ２相のステータ磁極５６の円周方向角度幅をθｃ２と呼称する。
図８は、θａ＝１２０°、θｂ＝１２０°、θｃ１＝６０°、θｃ２＝６０°の例である。また、ロータのＳ極磁極５７の円周方向角度幅をθｓ、Ｎ極磁極５９の円周方向角度幅をθｎ、Ｘ極磁極５８の円周方向角度幅をθｘと呼称する。図８は、θｓ＝θｎ＝θｘ＝１２０°の例である。なお、図８のモータの軸受け、モータのケース、ケースとステータとを固定する部材等は省略し、図示していない。
【００２４】
図９は、図８のステータとロータの間のエアギャップ面の円周方向形状を、図９の水平軸方向に直線状に展開した図である。各ステータ磁極と各ロータ磁極はエアギャップを介して対向しており、図９の上部にステータ磁極の形状を、図９の下部にロータ磁極形状を示している。各部の符号は図１と同じである。
図１に示したモータは４極対のモータ構成を示したが、図７と図９を比較すると同じ構成であることから分かるように、図１のモータと図８のモータの単純モデル化したモータモデルは等価であり、同一の電磁気的な作用で回転駆動する。
【００２５】
次に、図１０に本発明モータの動作例を示し、説明する。図１０のモータは、図１あるいは図８のモータの各相ステータ磁極の内径側形状を変形し、ロータ表面形状を各ロータ回転位置θｒの位置で示し、一定回転速度で回転するときの各相巻線の電圧を示す図である。図１０の横軸はロータの回転角θｒを電気角で、−１８０°から７２０°まで示している。図１０の（ａ）から（ｈ）までの縦軸はロータ軸方向を示している。
図１０の（ａ）は、Ａ相のステータ磁極８３、Ｂ相のステータ磁極８４、Ｃ相のステータ磁極８５、８６を示している。これらの各ステータ磁極は、図７に示すステータ磁極２４と同じものである。
【００２６】
Ａ相のステータ磁極８３は、電気角で０°から１２０°に配置し、対向する部分のロータの各永久磁石の磁束を通過させ、その通過磁束はＡ相磁束φａである。
Ｂ相のステータ磁極８４は、電気角で１８０°から３００°に配置し、対向する部分のロータの各永久磁石の磁束を通過させ、その通過磁束はＢ相磁束φｂである。
Ｃ相のステータ磁極は８５と８６に分かれていて、電気角で１２０°から１８０°の部分と３００°から３６０°の部分である。Ｃ相ステータ磁極に対向する部分のロータの各永久磁石の磁束を通過させ、その通過磁束はＣ相磁束φｃである。この時、Ａ相とＢ相の関係は位相が１８０°円周方向にシフトされた相似の関係となっている。また、ロータからステータ側へ出入りする磁束の総和は零なので、次式が成立する。
φａ＋φｂ＋φｃ＝０                                              （１）
【００２７】
図１０の（ｂ）は、各ステータ磁極に対向するロータ磁極で、Ｎ極磁極２１、Ｓ極磁極２２、Ｘ極磁極２３である。これらのロータ磁極の円周方向幅は電気角で１２０°の例である。図１０の（ｂ）に示すロータ回転位置はθｒ＝０°の回転位置である。これは、図２の回転位置の状態を示している。図１０の（ｃ）はロータ回転位置はθｒ＝６０°、図１０の（ｄ）はロータ回転位置はθｒ＝１２０°、図１０の（ｅ）はロータ回転位置はθｒ＝１８０°、図１０の（ｆ）はロータ回転位置はθｒ＝２４０°、図１０の（ｇ）はロータ回転位置はθｒ＝３００°である。図１０の（ｈ）はロータ回転位置はθｒ＝３６０°であり、図１０の（ｂ）のθｒ＝０°と電磁気的作用は同じである。ロータ回転位置θｒの変化に伴い、各ステータ磁極に対向するロータ磁極の位置が変化するので、各ステータ磁極を通過する磁束φａ、φｂ、φｃの大きさがロータの回転に伴って変化する。
【００２８】
ロータの回転方向は、図２では第１象限から第２象限側へ回転する方向であり、反時計回転方向ＣＣＷの回転方向を、ロータ回転位置θｒの値が増加する正回転とする。この正回転方向は図１０では、紙面で左側から右側へ移動する動きに対応させて説明する。
図１０の（ｉ）は、ロータが一定回転速度で回転する状態において、Ａ相巻線１６に発生する誘起電圧Ｖａを示す。誘起電圧ＶａはＡ相巻線の鎖交磁束であるＡ相磁束φａの時間変化率に比例し、Ａ相巻線とＢ相巻線の巻き回数をＮｗとすると、Ａ相誘起電圧Ｖａは次式となる。
Ｖａ＝Ｎｗ×ｄ（φａ）／ｄｔ                                      （２）
このＡ相磁束φａは、Ａ相ステータ磁極８３が対向するロータのＮ極磁極２１、Ｓ極磁極２２、Ｘ極磁極２３より供給される。従って、前記Ａ相磁束φａは、ロータ回転位置θｒの回転移動に伴い、変化する。
【００２９】
図１０の（ｉ）のＡ相電圧Ｖａについて、ロータ回転位置θｒの順に説明する。
θｒ＝０°のロータ回転位置では、図１０の（ａ）と（ｂ）を対比して分かるように、Ａ相ステータ磁極８３はロータのＳ極磁極２２にほぼ全面が対向している。従って、Ａ相磁束φａは負の最大値−φｍａｘである。この状態でロータが正回転すると、すなわち、図１０の（ｂ）では、ロータが紙面で右側へ移動すると、ロータのＸ極磁極２３が対向するようになり、Ａ相磁束φａは負の最大値−φｍａｘから零に近づくことになり増加する。そして、Ａ相誘起電圧Ｖａは（２）式より、Ｎ極磁極２１、Ｓ極磁極２２の磁束密度Ｂｍに比例した値となり、Ａ相磁束の回転変化率Δφａ／Δθｒに比例した正の値となる。      Ｖａ＝Ｎｗ×ｄ（φａ）／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔ                      （３）
ここで、θｒ＝０°から１２０°の時、次式となる。
ｄ（φａ）／ｄθｒ≒Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ×Δθｒ／Δθｒ          （４）
＝Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ                          （５）
Ｐｎはモータの極対数、Ｈｒはロータ磁極である永久磁石のロータ軸方向長さ、Ｒはロータ半径である。また、ｄθｒ／ｄｔはロータの回転速度である。
【００３０】
図１０の（ｃ）ではθｒ＝６０°であり、前記（３）、（４）、（５）式のＡ相電圧Ｖａとなる。図１０の（ｄ）のθｒ＝１２０°のロータ回転位置では、図１０の（ａ）と（ｄ）を対比して分かるように、Ａ相ステータ磁極８３はロータのＸ極磁極２３にほぼ全面が対向している。従って、Ａ相磁束φａはほぼ零の値となっている。この状態でロータが正回転すると、すなわち、図１０の（ｄ）では、ロータが紙面で右側へ移動すると、ロータのＮ極磁極２１が対向するようになり、Ａ相磁束φａは零から正の最大値φｍａｘに近づくことになり増加する。θｒ＝１２０°から２４０°の時、次式となる。
ｄ（φａ）／ｄθｒ≒Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ×Δθｒ／Δθｒ          （６）
＝Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ                          （７）
Ｘ極磁極２３の平均磁束密度が零であり、Ｎ極磁極２１とＳ極磁極２２の磁束密度が同じ大きさの場合には、（５）式と（７）式は同じ値となる。そして、Ａ相誘起電圧Ｖａは前記（７）式より、正の値となる。
【００３１】
図１０の（ｅ）ではθｒ＝１８０°であり、前記（６）、（７）式のＡ相電圧Ｖａとなる。図１０の（ｆ）のθｒ＝２４０°のロータ回転位置では、図１０の（ａ）と（ｆ）を対比して分かるように、Ａ相ステータ磁極８３はロータのＮ極磁極２１にほぼ全面が対向している。従って、Ａ相磁束φａはほぼ正の最大値φｍａｘとなっている。この状態でロータが正回転すると、すなわち、図１０の（ｄ）では、ロータが紙面で右側へ移動すると、ロータのＳ極磁極２２が対向するようになり、Ａ相磁束φａは正の最大値φｍａｘから負の最大値−φｍａｘに近づくことになり減少する。θｒ＝２４０°から３６０°の時、次式となる。
ｄ（φａ）／ｄθｒ≒−Ｐｎ×２×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ×Δθｒ／Δθｒ    （８）
＝−２×Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ                    （９）
このように、Ａ相誘起電圧Ｖａは、θｒ＝２４０°から３６０°の区間では、前記（５）、（７）式の２倍の負の値となる。なお、θｒ＝０°から３６０°の全区間の平均値は零となる。
【００３２】
次に、図１０の（ｊ）は、ロータが一定回転速度で回転する状態において、Ｂ相巻線１７に発生する誘起電圧Ｖｂを示す。Ａ相巻線１６に発生する誘起電圧Ｖａとは対称的な特性となる。誘起電圧ＶｂはＢ相巻線の鎖交磁束であるＢ相磁束φｂの時間変化率に比例し、Ｂ相誘起電圧Ｖｂは次式となる。
Ｖｂ＝Ｎｗ×ｄ（φｂ）／ｄｔ                                    （１０）
なお、Ｂ相巻線の鎖交磁束φｂはＡ相巻線の磁束φａとは鎖交する方向が逆なので、Ｂ相巻線の接続を逆方向とする必要がある。このＢ相磁束φｂは、Ｂ相ステータ磁極８４が対向するロータのＮ極磁極２１、Ｓ極磁極２２、Ｘ極磁極２３より供給される。従って、前記Ｂ相磁束φｂは、ロータ回転位置θｒの回転移動に伴い、変化する。
【００３３】
図１０の（ｊ）のＢ相電圧Ｖｂについて、ロータ回転位置θｒの順に説明する。
θｒ＝０°のロータ回転位置では、図１０の（ａ）と（ｂ）を対比して分かるように、Ｂ相ステータ磁極８４はロータのＸ極磁極２３とＮ極磁極２１とがほぼ半分づつ対向している。従って、Ｂ相磁束φｂは正の最大値φｍａｘの約１／２である。この状態でロータが正回転すると、すなわち、図１０の（ｂ）では、ロータが紙面で右側へ移動すると、ロータのＮ極磁極２１が対向部分が増加するので、Ｂ相磁束φｂはφｍａｘ／２から最大値φｍａｘに近づくことになり増加する。そして、Ｂ相誘起電圧Ｖｂは（１０）式より、Ｎ極磁極２１、Ｓ極磁極２２の磁束密度Ｂｍに比例した値となり、Ｂ相磁束の回転変化率Δφｂ／Δθｒに比例した正の値となる。
Ｖｂ＝Ｎｗ×ｄ（φｂ）／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔ                    （１１）
ここで、θｒ＝０°から６０°の時、次式となる。
ｄ（φｂ）／ｄθｒ≒Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ×Δθｒ／Δθｒ        （１２）
＝Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ                        （１３）
【００３４】
図１０の（ｃ）のθｒ＝６０°のロータ回転位置では、図１０の（ａ）と（ｃ）を対比して分かるように、Ｂ相ステータ磁極８４はロータのＮ極磁極２１にほぼ全面が対向している。従って、Ａ相磁束φａはほぼ正の最大値φｍａｘとなっている。この状態でロータが正回転すると、すなわち、図１０の（ｃ）では、ロータが紙面で右側へ移動すると、ロータのＳ極磁極２２が対向するようになり、Ｂ相磁束φｂは正の最大値φｍａｘから負の最大値−φｍａｘに近づくことになり減少する。θｒ＝６０°から１８０°の時、次式となる。
ｄ（φｂ）／ｄθｒ≒−Ｐｎ×２×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ×Δθｒ／Δθｒ  （１４）
＝−２×Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ                  （１５）
【００３５】
図１０の（ｄ）ではθｒ＝１２０°であり、前記（１４）、（１５）式のＢ相電圧Ｖｂとなる。図１０の（ｅ）のθｒ＝１８０°のロータ回転位置では、図１０の（ａ）と（ｅ）を対比して分かるように、Ｂ相ステータ磁極８４はロータのＳ極磁極２２にほぼ全面が対向している。従って、Ｂ相磁束φｂはほぼ負の最大値−φｍａｘとなっている。この状態でロータが正回転すると、すなわち、図１０の（ｅ）では、ロータが紙面で右側へ移動すると、ロータのＸ極磁極２３が対向するようになり、Ｂ相磁束φｂは負の最大値−φｍａｘから零に近づくことになり増加する。θｒ＝１８０°から３００°の時、次式となる。
ｄ（φｂ）／ｄθｒ≒Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ×Δθｒ／Δθｒ        （１６）
＝Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ                        （１７）
【００３６】
図１０の（ｆ）ではθｒ＝２４０°であり、前記（１６）、（１７）式のＢ相電圧Ｖｂとなる。図１０の（ｇ）のθｒ＝３００°のロータ回転位置では、図１０の（ａ）と（ｇ）を対比して分かるように、Ｂ相ステータ磁極８４はロータのＸ極磁極２３にほぼ全面が対向している。従って、Ｂ相磁束φｂはほぼ零となっている。この状態でロータが正回転すると、すなわち、図１０の（ｇ）では、ロータが紙面で右側へ移動すると、ロータのＮ極磁極２１が対向するようになり、Ｂ相磁束φｂは零から正の最大値φｍａｘに近づくことになり増加する。θｒ＝３００°から４２０°の時、次式となる。
ｄ（φｂ）／ｄθｒ≒Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ×Δθｒ／Δθｒ        （１８）
＝Ｐｎ×Ｂｍ×Ｈｒ×Ｒ                        （１９）
【００３７】
次に、図１０の（ｋ）は、ロータが一定回転速度で回転する状態において、Ｃ相ステータ磁極を通過するＣ相磁束φｃに鎖交する巻線の誘起電圧に相当する。このモータではＣ相巻線は存在しないが、Ａ相巻線１６とＢ相巻線とを直列に接続した状態がＣ相巻線に相当する。ただし、極性は逆方向となる。仮想のＣ相電圧Ｖｃは次式となる。
Ｖｃ＝−Ｎｗ×ｄ（φａ＋φｂ）／ｄｔ＝−Ｖａ−Ｖｂ              （２０）
従って、各相電圧の和は零であり、次式も成立する。
Ｖａ＋Ｖｂ＋Ｖｃ＝０                                            （２１）
ただし、前記の各式では、巻線抵抗を零であるとして無視し、各相の漏れ磁束を零であるとして、モータを理想化している。
【００３８】
図１、図８に示す２相モータの駆動動作の例は、図１９の（ｃ）のＡ相電流Ｉａ、（ｄ）のＢ相電流Ｉｂである。ロータを正回転方向、すなわち、反時計回転方向ＣＣＷへ一定回転速度で回転する場合に、一定の回転トルクを発生させる電流の通電方法の具体的な例を示している。基本的な構成は、Ａ相磁極８３を通るＡ相磁束φａはＡ相巻線１６に鎖交し、Ｂ相磁極８４を通るＢ相磁束φｂはＢ相巻線１７に鎖交する。
モータの電気入力的には、Ａ相電流ＩａとＡ相電圧Ｖａの積ＰａとＢ相電流ＩｂとＢ相電圧Ｖｂの積Ｐｂとの和Ｐ１が一定値とすることができれば、機械的出力Ｐｍも一定値となると考えることができ、次式となる。
Ｐ１＝Ｐａ＋Ｐｂ
＝Ｉａ×Ｖａ＋Ｉｂ×Ｖｂ                                    （２２）
＝Ｔｍ×ω＝Ｐｍ                                            （２３）
【００３９】
（２３）式に（３）式、（１１）式を代入して、モータトルクＴｍは次式となる。
Ｔｍ＝１／ω×Ｉａ×（Ｎｗ×ｄ（φａ）／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔ）
＋１／ω×Ｉｂ×（Ｎｗ×ｄ（φｂ）／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔ）
＝Ｎｗ×（Ｉａ×ｄ（φａ）／ｄθｒ＋Ｉｂ×ｄ（φｂ）／ｄθｒ）
ここで、ω＝ｄθｒ／ｄｔはモータ回転速度であり、モータ内部の損失は零と理想化している。例えば、Ａ相電圧Ｖａが正の値の時に、Ａ相巻線へ正のＡ相電流Ｉａを通電すれば、比例したトルクが発生する。Ｂ相についても同様である。
前記（２２）式は電気的な側面であるが電磁気的に説明すると、前記（２）式でＡ相電圧Ｖａが正の値の時、すなわち、Ａ相磁束φａが増加しているときに、さらにＡ相磁束φａが増加するようにＡ相巻線へ正のＡ相電流Ｉａを通電して、Ａ相ステータ磁極とロータとの間に吸引力を発生させ、トルクを生成することを意味している。Ｂ相についても同様である。
【００４０】
図１９の（ａ）は図１０の（ｉ）に示したＡ相巻線の電圧Ｖａと同じである。Ａ相電圧Ｖａが電気角で２４０°に渡ってほぼ均一な正の電圧となっているので、この間に、Ａ相巻線へ直流電流を与えることにより、電気角で２４０°の間ほぼ均一な正のトルクを得ることができる。同様に、図１９の（ｂ）は、図１０の（ｊ）に示したＢ相巻線の電圧Ｖｂと同じものである。Ｂ相電圧Ｖｂも電気角で２４０°に渡ってほぼ均一な電圧を効果的に得ている。これらのことから、Ａ相巻線とＢ相巻線へ交互に直流電流を通電することにより、連続的な回転トルクが得られることになる。
【００４１】
図１９の（ｃ）は、電気角でおおよそ１８０°の幅の台形状の電流波形をしたＡ相電流Ｉａの例である。図１９の（ｄ）は、電気角でおおよそ１８０°の幅の台形状の電流波形をしたＢ相電流Ｉｂの例である。図１９の（ｅ）はモータの発生トルクＴｍであり、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂとで丁度発生トルクが補間し、連続するように通電することにより均一なトルクＴｍを生成している。ただし、図１９で示したこの方法は片方向のトルク発生と回転駆動の方法である。なお、トルクリップルが多少増大しても大きな平均トルク出力が必要な場合は、各相電流の通電幅を広げることが可能であり、図１９の（ｆ）、（ｇ）と同じく、電流の通電幅を電気角で２４０°まで広げることができる。この時のモータの発生トルクは図１９の（ｈ）となる。勿論、電流値を大きくしてトルクを増大することもできる。
【００４２】
次に、図１１に制御装置を含むモータ全体の例を示す。ＮＣ９はモータで、１６はＡ相巻線、１７はＢ相巻線である。ＣＴＡはＡ相電流Ｉａを検出する電流検出手段で、ＣＴＢはＢ相電流Ｉｂを検出する電流検出手段である。ＥＮＣはロータの回転位置θｒを検出するエンコーダである。ＥＩＦはエンコーダのインターフェイスでロータ回転位置θｒとロータ回転速度ωｒを出力する。
ＮＣ１は速度誤差検出器で、回転速度指令ωｒｃからロータ回転速度ωｒを減算し、速度誤差信号ＮＣ２を出力する。ＮＣ３は補償器でトルク指令ＮＣ４を出力する。ＮＣ５は電流指令手段で、電流制御モード指令ＮＣＡとトルク指令ＮＣ４およびロータ回転位置θｒからＡ相電流指令ＮＣ６とＢ相電流指令ＮＣ７を演算し出力する。
【００４３】
ＣＣＡはＡ相電流誤差検出器で、Ａ相電流指令ＮＣ６からＡ相電流Ｉａを減算し、Ａ相電流誤差信号ＶＣＡを出力する。ＣＣＢはＢ相電流誤差検出器で、Ｂ相電流指令ＮＣ７からＢ相電流Ｉｂを減算し、Ｂ相電流誤差信号ＶＣＢを出力する。
ＡＭＰは電力増幅器で、Ａ相電流誤差信号ＶＣＡおよびＢ相電流誤差信号ＶＣＢを入力とし、誤差補償の制御を行い、ＭＯＳＦＥＴなどの電力素子で電力増幅してＡ相巻線１６とＢ相巻線１７へ電圧、電流を供給する。
なお、モータの電流制御、速度制御、回転位置制御には種々の方法が提案されており、図１１の構成とは異なる構成とすることもできる。
【００４４】
次に、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂの具体的な値について、図１９の（ｃ）、（ｄ）とは異なる方法を図１２、図１３で説明する。
図１２の（ａ）、（ｂ）は図１０の（ｉ）、（ｊ）と同じで、Ａ相電圧Ｖａ、Ｂ相電圧Ｖｂである。図１２の（ｃ）はＡ相電流Ｉａの例であり、電気角で回転位置θｒが０°から６０°の間はＩｏ／２で、回転位置θｒが６０°から１８０°の間はＩｏで、回転位置θｒが１８０°から２４０°の間はＩｏ／２としている。
図１２の（ｄ）はＢ相電流Ｉｂの例であり、電気角で回転位置θｒが１８０°から２４０°の間はＩｏ／２で、回転位置θｒが２４０°から３６０°の間はＩｏで、回転位置θｒが０°から６０°の間はＩｏ／２としている。その結果、モータが発生するトルクは、図１２の（ｅ）に示す一定のトルク出力となる。ここで、ＩｏはＡ相巻線あるいはＢ相巻線が所望のトルクを生成することのできる電流値である。
【００４５】
図１２の（ｃ）、（ｄ）では、回転位置θｒが０°から６０°ではＡ相電流によるトルクとＢ相電流によるトルクが発生していて、両電流により回転位置θｒが６０°から１８０°の間のＡ相電流Ｉａによるトルクと同一のトルクを生成している。また、図１９の（ｃ）、（ｄ）の通電方法によるトルクと同じモータトルクでもある。このように、回転位置θｒが０°から６０°の間と１８０°から２４０°の間でＡ相電流とＢ相電流をＩｏ／２として通電することにより、図１９の（ｃ）、（ｄ）の通電方法に比較して、銅損を５／６に低減することができる。これは、銅損が電流の二乗に比例することに起因している。結果として、モータ効率を改善することができ、モータの小型化、省エネルギーなどを期待できる。
なお、図１２の（ｃ）、（ｄ）の通電方法は、例えば、図１２の（ｆ）、（ｇ）の通電方法のように変形することもできる。電流の変化率の最大値が小さくなるので、振動、騒音の低下を期待できる。ただし、（ｃ）、（ｄ）の通電方法に比較し、銅損はやや増加する。
【００４６】
また、図１３の（ｃ）、（ｄ）のように、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂを直線的に増減しても良い。回転位置θｒが０°から６０°の間と１８０°から２４０°の間でＡ相電流とＢ相電流の両電流の和は一定値となっており、相互に補うような電流値となっている。この場合には、電流の増減が緩やかであり、高速の回転まで電流を正確に制御することが可能である。Ａ相とＢ相のステータ磁極でのトルクの変動、吸引力の変動が小さく、振動、騒音の低減を期待できる。また、図１３の電圧特性（ａ）、（ｂ）は、破線で示すように、漏れ磁束の影響などにより角が丸まった特性になりがちである。このような場合にも、角が丸まった電圧特性の部分では電流値が小さく、トルク変化の影響を受けにくい特性でもある。
このように、モータのトルクリップルを理論的に零とする場合は、Ａ相電流Ｉａが発生するトルクＴａとＢ相電流Ｉｂが発生するトルクＴｂとの和がトルク指令ＮＣ４となるようにＩａ、Ｉｂを決めればよい。従って、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂとが相互に補うように電流値を決めればよい。
【００４７】
しかし、できる限り短時間で加速する必要がある場合、緊急を要する場合などでは、図１２の（ｈ）と（ｉ）に示すようなＡ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂを通電することも可能である。この場合、インバータのトランジスタの最大許容電流まで通電することにより大きなトルクを発生することができ、大きな加速を得ることができる。ただし、図１２の（ｊ）に示すようにＡ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂとが重なって通電される領域ではトルクが２倍に大きくなるため、トルクリップルは大きく、振動、騒音が大きくなる。
また、逆に負荷トルクが小さく、その負荷トルク程度の大きさのトルク脈動は振動、騒音への影響が小さく、問題とならない場合は、図１２の（ｈ）と（ｉ）に示す波形形状のＡ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂを通電することも可能である。この場合、トルクリップルは増加するものの、モータの銅損を最も小さくすることができる。後で述べるように、これらの電流制御モードを選択してモータ回転駆動を、モータ運転状況に応じて効果的に実現することができる。
【００４８】
さらに振動、騒音を低減する方法として、図１３の（ｃ）と（ｄ）の電流増減を直線的に行なうのではなく、図１３の（ｆ）と（ｇ）に示すように電流の増減開始時と電流が零または定常値に収束する部分で電流を２次関数で増減する。この場合、電流の変化率が低減されてモータのステータ磁極などにかかる部分的な力の変化が滑らかになる。その結果、モータ及びその周辺の振動や騒音の減少が期待できる。
図１３の（ｈ）および（ｉ）は、（ｆ）の電流立ち上り部分を拡大、説明する図である。図１３の（ｈ）のＡ相電流Ｉａは、電気角で回転位置θｒが０°から２０°の期間では２次関数で増加させ、２０°から４０°の期間では直線的に増加させ、４０°から６０°では、２次関数で電流増加を減少させている。この時、０°から２０°と、４０°から６０°では同じ２次関数係数で正負逆の係数を用いる。このようにＡ相およびＢ相の電流の増減を２次間数と直線を組み合わせても、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂの両電流の和は一定値となっており、モータトルクは一定値であって、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂの補完関係が保たれる。
図１３の（ｉ）は、図１３の（ｈ）の電流の変化率であり、滑らかに変化することが確認できる。なおここでは、電流を２次関数として増減する期間を０°から２０°および４０°から６０°としているが、各幅は自由に選択することが可能である。また、用いる関数は２次関数に限らず、高次の関数や指数関数などでもよい。
【００４９】
次に、前記の電流制御モードを、モータの運転状況により、変えながら制御する方法について説明する。
例えば小型のファンの駆動では、起動時には大きなトルクが必要で、所定回転になれば比較的小さなトルクで回転を継続し、運転停止の時には電源をオフにし自然停止するという運転モードが考えられる。このような場合、起動時はトルクが大きく騒音が発生し易いので図１３の（ｆ）、（ｇ）に示す２次関数での電流の増減を行う電流制御モードで騒音を低減する。加速時間は短く、効率は重要ではない。そして、所定回転での定常運転ではトルクが小さく、騒音問題が少ないことから、図１２の（ｃ）、（ｄ）に示す高効率な電流制御モードで運転することが考えられる。
【００５０】
また、図１４は、横軸を時間ｔとして、回転速度とトルクをモータの運転例として示す図である。時間ｔ１からｔ２までの間は、回転速度が零からＮ１まで加速し、トルクはＴ１と大きい。時間ｔ２からｔ３までの間は定常運転で、回転速度がＮ１で運転時間は長いがトルクはＴ３は比較的小さい。時間ｔ３からｔ４までの間は負荷が発生していてトルクはＴ２と大きい。時間ｔ４からｔ５までの間は、電流を遮断して摩擦による自然減速を行っている。時間ｔ５以降は、負荷が少し低減しトルクＴ４で運転を行う。
このようなモータの運転モードの時、時間ｔ１からｔ２までの間と時間ｔ３からｔ４までの間ではトルクが大きいので、図１３の（ｆ）、（ｇ）に示す２次関数での電流の増減を行う電流制御モードで騒音を低減する。その他の時間帯では、トルクが小さく、騒音問題が少ないことから、図１２の（ｃ）、（ｄ）に示す高効率な電流制御モードで運転することが考えられる。
このような電流制御モードの変更を、図１１の電流制御モード指令ＮＣＡを電流指令手段ＮＣ５へ与えることにより、電流制御モードを選択しながら制御することができる。その結果、振動、騒音を低減し、かつ、モータ効率を改善することができる。
【００５１】
次に、図１１の前記電力増幅器ＡＭＰに内蔵するインバータの例を、図１５、図１６、図１７に示し説明する。図１５の２Ｅは直流電圧源、１６はＡ相巻線、１７はＢ相巻線である。Ｔ１１とＴ１２はアバランシェ特性を持つＭＯＳＦＥＴで、それぞれ、Ａ相電流ＩａとＢ相電流Ｉｂを通電する。ＭＯＳＦＥＴであるＴ１１とＴ１２は、素子特有のアバランシェ特性により、オフ時に巻線の磁気エネルギーを吸収することができる。従って、磁気エネルギーを回生するための回生回路を用いずにインバータを構成することができる。インバータの駆動効率は低下するが、部品点数を少なくすることができ、特に小型モータの領域では低コスト化ができる。
【００５２】
図１６の１１１と１１２はＡ相巻線１６へＡ相電流Ｉａを通電するＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタであり、１１３と１１４はＢ相巻線１７へＢ相電流Ｉｂを通電するＭＯＳＦＥＴなどのトランジスタである。１１５と１１６はＡ相巻線１６に蓄積した磁気エネルギーなどを直流電圧源に回生することが可能なダイオードであり、１１７と１１８はＢ相巻線１７に蓄積した磁気エネルギーなどを直流電圧源に回生することが可能なダイオードである。また、電流を通電中に、トランジスタ１１１と１１２のどちらか片方をオンすることによりＡ相電流Ｉａを電源へ回生せず、トランジスタとダイオードを介してフライホイール電流として通電することもできる。同様に、トランジスタ１１３と１１４のどちらか片方をオンすることによりＢ相電流Ｉｂを電源へ回生せず、トランジスタとダイオードを介してフライホイール電流として通電することもできる。図１６のインバータはアバランシェ特性の負担は小さく、インバータの大容量化も可能である。
【００５３】
図１７に示す巻線は、図１のモータの巻線１６、１７をそれぞれ２個の巻線としている。Ａ相巻線１６を巻線１６Ａと１６Ｂとし、Ｂ相巻線１７を巻線１７Ａと１７Ｂとしている。同一のスロットに２個の巻線を巻回しているので、同一のスロットの２巻線の鎖交磁束はほぼ等しい。
図１７に示すように、電流Ｉａ１の向きは電位ＶＭから電位ＶＬの方向でありトランジスタＮ７１を通じて通電する。電流Ｉａ２の向きは電位ＶＬから電位ＶＭの方向であってダイオードＮ７３を通じて通電する。Ａ巻線１６Ａの電圧とＡ巻線１６Ｂの電圧は逆向きであって、大きさは同じである。トランジスタＮ７１をオンすることにより電流Ｉａ１が増加し、トランジスタＮ７１をオフすることにより電流Ｉａ１が零となり、電流Ｉａ２が流れ始め、巻線の磁気エネルギーが直流電圧源２Ｅへ回生される。
【００５４】
Ｂ相巻線１７Ａと１７Ｂについても、Ａ相巻線と同様の関係である。すなわち、電流Ｉｂ１の向きは電位ＶＭから電位ＶＬの方向でありトランジスタＮ７２を通じて通電する。電流Ｉｂ２の向きは電位ＶＬから電位ＶＭの方向であってダイオードＮ７４を通じて通電する。Ｂ巻線１７Ａの電圧とＢ巻線１７Ｂの電圧は逆向きであって、大きさは同じである。トランジスタＮ７２をオンすることにより電流Ｉｂ１が増加し、トランジスタＮ７２をオフすることにより電流Ｉｂ１が零となり、電流Ｉｂ２が流れ始め、巻線の磁気エネルギーが直流電圧源２Ｅへ回生される。
図１７のインバータ構成では、巻線が複雑になるが、２個のトランジスタで駆動することができ、インバータの簡略化ができる。また、トランジスタのアバランシェ特性の負担も小さい。なお、前記両巻線は、いわゆるバイファイラ巻きを採用することもでき、その場合、並列巻きをしている巻線間の漏れ磁束を低減することができる。
【００５５】
以上、本発明の例について説明した。なお、本発明のモータは説明した構成に限らず、発展あるいは変形を行うことも可能であり、本発明に含むものである。例えば、ステータの各部形状の変形、ロータ各部形状の変形、各部コアの分割および組み合わせなどが可能である。アウターロータモータ、２個のモータを内径側と外形側に組み合わせた複合型のモータ、アキシャルギャップ型のモータ、環状巻線と３次元形状磁路で構成するモータ、リニアモータなどへ変形することができる。ロータについても、表面磁石型のロータを説明したが、磁石内蔵型のロータなども使用することもできる。
【００５６】
駆動回路についても種々変形が可能である。例えば、電圧、電流の制御法についても、いわゆるＰＷＭ制御であるパルス幅変調制御を前提に説明したが、種々の電流制御法を適用できる。
また、両方向電流で制御することも可能であり、電流の波形率を改善できることから、トルクを増大することができる。そして、モータの効率を向上することができる。ただし、インバータの部品点数は増加する。
ロータの位置検出、速度検出の目的で、エンコーダを使用しない、いわゆるセンサレス制御を適用することができる。モータ電流値を検出するいわゆるセンサレス電流検出も適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明のモータは、モータ巻線が集中巻きの２個の巻線で簡素な構成としており、モータの製作が容易で巻線占積率も高くできる。その特有な駆動回路は、直流電流で駆動可能であることから制御回路を簡素化することができる。そして、トルクリップルが原理的に小さくできる特性なので、低騒音、低振動の実現が容易である。
これらの結果、低コスト化と高品質化を両立することができる。従って、広範囲な用途に活用することができる。分野的には、自動車用、家電用、ＯＡ用、産業用などの各種機器の駆動用モータとして利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１０    ロータ
１１    ロータ軸
１２    永久磁石
１３    Ａ相のステータ磁極
１４    Ｂ相のステータ磁極
１５    Ｃ１相、Ｃ２相のステータ磁極
１６    Ａ相ステータ磁極を励磁するＡ相巻線
１７    Ｂ相ステータ磁極を励磁するＢ相巻線
１８    ステータのバックヨーク
ＥＮＣ  エンコーダ
ＥＩＦ  エンコーダのインターフェイス
θｒ    ロータ回転位置
ωｒ    ロータ回転速度
ωｒｃ  回転速度指令
ＮＣ１  速度誤差検出器
ＮＣ２  誤差信号
ＮＣ３  補償器
ＮＣ４  トルク指令
ＮＣ５  電流指令手段
ＮＣ６  Ａ相電流指令
ＮＣ７  Ｂ相電流指令
ＡＭＰ  電力増幅器
ＮＣＡ  電流制御モード指令
【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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