(57)【要約】【課題】制御回路を含むモータを全体で低コスト化する。また、小型化、軽量化も実現する。【解決手段】円周方向に同相のステータ磁極を複数個配置したステータ磁極群ＳＰＧをロータ軸方向にＭ（Ｍは３以上の整数）個配置し、前記ステータ磁極群ＳＰＧの間に片方向の電流を通電する（Ｍ−１）個の環状の巻線ＷＲを配置し、前記巻線ＷＲはロータ軸方向の順に通電方向が逆方向であり、前記ステータ磁極群ＳＰＧの磁束φＧの方向は片方向に励磁され、それぞれの前記磁束φＧが励磁される方向はロータ軸方向の順に逆方向であるモータとし、駆動回路とモータを簡素な構成とし、低コスト化と小型化を行う。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周方向に同相のステータ磁極を複数個配置したステータ磁極群ＳＰＧをロータ軸方向にＭ（Ｍは３以上の整数）個配置し、
前記ステータ磁極群ＳＰＧを相互に磁気的に接続するバックヨークと、
前記ステータ磁極群ＳＰＧの間に形成した（Ｍ−１）個の環状のスロットＳＲと、
前記スロットＳＲのそれぞれに配置され、片方向の電流を通電する（Ｍ−１）個の環状の巻線ＷＲと、
前記巻線ＷＲに片方向電流を通電する電流通電手段とを備え、
前記巻線ＷＲはロータ軸方向の順に通電方向が逆方向であり、
前記ステータ磁極群ＳＰＧの磁束φＧの方向は片方向に励磁され、それぞれの前記磁束φＧが励磁される方向はロータ軸方向の順に逆方向であ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、
前記ステータ磁極群ＳＰＧの数Ｍは４以上の偶数で、
前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の電気角３６０°の間に配置するロータ磁極の数Ｋが２以上の偶数で、
前記巻線ＷＲはロータ軸方向にＭ／２個離れた巻線ＷＲと逆方向に直列に接続し、
前記巻線ＷＲへ片方向電流を通電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、
前記ステータ磁極群ＳＰＧの数Ｍは４以上の偶数で、
前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の電気角３６０°の間に配置するロータ磁極の数Ｋが１であ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、
前記ステータ磁極群ＳＰＧの数Ｍは３以上の奇数であり、
前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の電気角３６０°の間に配置するロータ磁極の数Ｋが１であることを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項２に記載したモータにおいて、
前記ステータ磁極群ＳＰＧのロータ軸方向の片端のステータ磁極群をＳＰＧＡとＳＰＧＢの２個に分割し、前記ステータ磁極群ＳＰＧＢをロータ軸方向の他端に配置し、
前記ステータ磁極群ＳＰＧＢで構成されるスロットへ環状の巻線ＷＲを付加したことを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記ステータ磁極群ＳＰＧの円周方向の歯と歯の間に永久磁石を配置することを特徴とするモータ。
【請求項７】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の突極と突極の間に永久磁石を配置することを特徴とするモータ。
【請求項８】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記Ｍ個のステータ磁極群ＳＰＧのうちの一つのステータ磁極群ＳＰＧＣとロータ軸方向に隣接する他のステータ磁極群ＳＰＧＤとの間に永久磁石を配置することを特徴とするモータ。
【請求項９】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記ステータ磁極群ＳＰＧの各歯ＳＴ１に永久磁石を備えることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記ステータ磁極群ＳＰＧに永久磁石を備える歯ＳＴ２と、
前記歯ＳＴ２と同一円周上に有って永久磁石を備えない歯ＳＴ３とを備えることを特徴とするモータ。
【請求項１１】
請求項１に記載したモータにおいて、
前記環状の巻線ＷＲと平行して界磁巻線ＷＲＦを備えることを特徴とするモータ。
【請求項１２】
請求項１に記載したモータＭＭ１と、
前記モータＭＭ１の他に直流電流で駆動可能なモータＭＭ２と、
選択的に各モータの巻線へ電圧および電流を供給する電力供給手段ＳＴとを備え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】
３相交流モータは従来より広く使用されている（特許文献１参照）。また、特許文献２には、多相交流電流のモータで、環状巻線で構成するモータが示されている。
図４３は３相交流モータの概略的な構成を示す縦断面図の例である。４３１はモータ出力軸、４３２はロータコア、４３７および４３８はロータ表面に取り付けられたＮ極永久磁石およびＳ極永久磁石、４３３は軸受け、４３４はステータコア、４３５は巻線のコイルエンド、４３６はモータケースである。
図４４は図４３の断面ＡＡ−ＡＡを示す横断面図である。このモータは、３相交流、２極、６スロットであり、巻線は全節巻き、集中巻きである。ステータの歯は円周方向に、４４１、４４２、４４３、４４４、４４５、４４６である。
【０００３】
各歯に挟まれた各スロットには３相の巻線が巻回され、Ｕ相巻線は４４７から４４Ａへ巻回し、Ｖ相巻線は４４９から４４Ｃへ巻回し、Ｗ相巻線は４４Ｂから４４８へ巻回する。各巻線のピッチは電気角で１８０°のピッチとなっている。
なお、図４３、図４４では２極のモータの例を示しているが、４極以上に多極化して使用することが多い。また、各相巻線を１個のスロットに巻回する集中巻きの例を示しているが、特に全節巻きのモータの場合、各相巻線を２個以上のスロットへ分布させる分布巻きであることが多い。
【０００４】
図４５は前記３相交流モータを３相交流インバータで駆動する場合の構成を示している。４５ＥはＵ相巻線でＵ相電流Ｉｕを通電する。４５ＦはＶ相巻線でＶ相電流Ｉｖを通電する。４５ＧはＷ相巻線でＷ相電流Ｉｗを通電する。２Ｅはバッテリなどの直流電圧源、４５１、４５２、４５３、４５４、４５５、４５６はパワートランジスタ、４５７、４５８、４５９、４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃは各パワートランジスタに並列に配置されたダイオードである。トランジスタには、いわゆるＩＧＢＴあるいはＦＥＴなどの各種の電力半導体素子を使用できる。
【０００５】
図４６は図４４の永久磁石４３７、４３８を使用した永久磁石ロータから軟磁性体で構成したリラクタンスロータ４６１へ変更した３相交流モータの構成である。４６３は空間部であり磁気抵抗が大きく、リラクタンスモータは磁気抵抗の差異を利用してトルクを発生する。
図４６に示すロータ回転位置で反時計回転方向ＣＣＷのトルクを発生させる場合、Ｕ相巻線４４７、４４Ａへ正の電流Ｉｕを通電し、Ｖ相巻線４４９、４４Ｃへ負の値で大きさが同じ電流Ｉｖを図４５の３相交流インバータで通電する。Ｗ相巻線４４Ｂ、４４８の電流Ｉｗを零とすると、破線で示す矢印４６２の方向へ起磁力が発生する。
【０００６】
ステータ磁極であり、ステータの歯である４４１、４４４の方向へ作用する起磁力は、Ｕ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖの起磁力が相反する方向に作用するので、相殺されて零となる。そして、図４６の歯４４５、４４６から４４２、４４３の方向へ起磁力が作用し、磁束４６４は主に歯４４５から４４２へ通ることになる。ステータの歯とロータ４６１とに作用する吸引力により４６５で示される反時計回転方向ＣＣＷへトルクが発生する。
このようにして、ロータ４６１の回転に同期して各相巻線へ３相交流電流を順次通電して起磁力４６２の作用する方向を回転させることにより、図４６に示すリラクタンスモータを連続的に回転させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２７３２１６号公報（図４３）
【特許文献２】特許第４０４１４４３号公報（図７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図４６に示すリラクタンスモータは、高価な永久磁石を使用していないので比較的安価であるが、図４５に示すインバータは、１個のモータを駆動するためにパワートランジスタが６個必要であり、そのコストが高くなる問題がある。また、モータとインバータを含む制御装置とがセットで、その性能、大きさ、コストの点で競争力が求められている。
さらに、図４４、図４６に示すステータは全節巻きであり、各相の巻線がコイルエンド部で重なるので大型化する問題がある。
特許文献２に示される多相交流電流のモータは、インバータに使用されるパワートランジスタの個数が多く必要であり、コストが高くなる問題がある。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、制御回路を含むモータを全体で低コスト化する。また、小型化、軽量化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、円周方向に同相のステータ磁極を複数個配置したステータ磁極群ＳＰＧをロータ軸方向にＭ（Ｍは３以上の整数）個配置し、前記ステータ磁極群ＳＰＧを相互に磁気的に接続するバックヨークと、前記ステータ磁極群ＳＰＧの間に形成した（Ｍ−１）個の環状のスロットＳＲと、前記スロットＳＲのそれぞれに配置され、片方向の電流を通電する（Ｍ−１）個の環状の巻線ＷＲと、前記巻線ＷＲに片方向電流を通電する電流通電手段とを備え、前記巻線ＷＲはロータ軸方向の順に通電方向が逆方向であり、前記ステータ磁極群ＳＰＧの磁束φＧの方向は片方向に励磁され、それぞれの前記磁束φＧが励磁される方向はロータ軸方向の順に逆方向であることを特徴とするモータである。  
【００１０】
この構成によれば、環状巻線でモータを構成することができるので、簡素な構成となるのでモータの製作が容易となり、低コスト化ができる。また、環状巻線で構成するモータはコイルエンド部がないので、特に薄形のモータの場合は小型化の効果が大きい。
そして、各巻線の電流は、片方向電流すなわち直流電流で駆動することができるので駆動回路を簡素化することができ、低コスト化、小型化が可能である。
ここで、各ステータ磁極の励磁はロータ軸方向に隣接する２個の環状巻線により励磁される構成となり、それは各環状巻線がロータ軸方向両端の２つのステータ磁極の励磁に共用できることを意味している。環状巻線が共用できることはその電流を駆動するトランジスタも共用できることになる。その結果、電源からモータへ電力供給する経路を並列にすることができ、駆動回路のトランジスタの電流容量を低減することができ、駆動回路全体の電流容量を小容量化することができることになり、低コスト化、小型化が可能である。  
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧの数Ｍは４以上の偶数で、前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の電気角３６０°の間に配置するロータ磁極の数Ｋが２以上の偶数で、前記巻線ＷＲはロータ軸方向にＭ／２個離れた巻線ＷＲと逆方向に直列に接続し、前記巻線ＷＲへ片方向電流を通電することを特徴とするモータである。
この構成によれば、ある巻線と逆相の直流電流を通電する巻線とを逆直列に接続することにより、電流を駆動するトランジスタの数を低減することができ、簡素化によりコストを低減することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧの数Ｍは４以上の偶数で、前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の電気角３６０°の間に配置するロータ磁極の数Ｋが１であることを特徴とするモータである。
この構成によれば、ステータ磁極群ＳＰＧの数を４と小さくすることができるので、モータの簡素化を図り、低コスト化することができる。また、ステータ磁極群ＳＰＧの数を６、８、１０と大きくする場合は、ロータ軸方向にステータ磁極群ＳＰＧを追加すれば良い。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧの数Ｍは３以上の奇数であり、前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の電気角３６０°の間に配置するロータ磁極の数Ｋが１であることを特徴とするモータである。
この構成によれば、ステータ磁極群ＳＰＧの数を小さくすることができるので、モータの簡素化を図り、低コスト化することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項２に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧのロータ軸方向の片端のステータ磁極群をＳＰＧＡとＳＰＧＢの２個に分割し、前記ステータ磁極群ＳＰＧＢをロータ軸方向の他端に配置し、前記ステータ磁極群ＳＰＧＢで構成されるスロットへ環状の巻線ＷＲを付加したことを特徴とするモータである。
この構成によれば、モータ外部に対するロータ軸方向の起磁力を零とすることができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧの円周方向の歯と歯の間に永久磁石を配置することを特徴とするモータである。
この構成によれば、永久磁石によりステータの歯を通る磁束を逆方向にバイアスする効果があり、ステータの歯を通過し巻線に鎖交する磁束の回転変化率を大きくすることができ、トルクを増大することができる。
【００１６】
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧにエアギャップを介して対向するロータ磁極群ＲＰＧの円周方向の突極と突極の間に永久磁石を配置することを特徴とするモータである。
この構成によれば、永久磁石によりロータの突極を通る磁束を逆方向にバイアスする効果があり、ロータの突極を通過し巻線に鎖交する磁束の回転変化率を大きくすることができ、トルクを増大することができる。
【００１７】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記Ｍ個のステータ磁極群ＳＰＧのうちの一つのステータ磁極群ＳＰＧＣとロータ軸方向に隣接する他のステータ磁極群ＳＰＧＤとの間に永久磁石を配置することを特徴とするモータである。
この構成によれば、永久磁石によりステータの歯を通る磁束を逆方向にバイアスする効果があり、ステータの歯を通過し巻線に鎖交する磁束の回転変化率を大きくすることができ、トルクを増大することができる。また、ステータの歯間の漏れ磁束を低減し、トルクを増加する効果もある。
【００１８】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧの各歯ＳＴ１に永久磁石を備えることを特徴とするモータである。
この構成によれば、モータの磁束を永久磁石で励磁するので力率が改善し、効率を向上することができる。また、ロータを軟磁性体だけとすることも可能となり、ロータを堅牢にすることができ、高速回転も容易である。
【００１９】
請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記ステータ磁極群ＳＰＧに永久磁石を備える歯ＳＴ２と、前記歯ＳＴ２と同一円周上に有って永久磁石を備えない歯ＳＴ３とを備えることを特徴とするモータである。
この構成によれば、永久磁石を備える効率の良いモータ特性とリラクタンス特性で弱め界磁の容易なモータ特性との中間の特性のモータを実現することができる。
【００２０】
請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載したモータにおいて、前記環状の巻線ＷＲと平行して界磁巻線ＷＲＦを備えることを特徴とするモータである。
この構成によれば、界磁巻線ＷＲＦを備えることにより、界磁磁気エネルギーを界磁巻線内部で循環させることができ、力率を改善でき、各巻線の電流の増減を容易にすることができ、高速回転での発生トルクを増加させることができる。
【００２１】
請求項１２に記載の発明は、請求項１に記載したモータＭＭ１と、前記モータＭＭ１の他に直流電流で駆動可能なモータＭＭ２と、選択的に各モータの巻線へ電圧および電流を供給する電力供給手段ＳＴとを備えることを特徴とするモータである。
この構成によれば、直流電流で駆動できるモータを複数台制御するシステムにおいて、共通の駆動回路と選択的な電力供給手段ＳＴにより複数台のモータを制御できることから、トータルでの制御回路を簡素化することができ、低コスト化、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】片方向電流で駆動する３相直流のリラクタンスモータの横断面および磁束の例を示す図である。
【図２】図１のモータの駆動回路の例である。
【図３】図１のモータの各回転位置における各相電流と磁束およびトルクの方向を示す図である。
【図４】本発明の環状巻線を持つモータの縦断面を示す図である。
【図５】図４のモータのステータ磁極群を通る横断面の例である。
【図６】図４のモータの環状巻線を通る横断面の例である。
【図７】図４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】図４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９】図４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４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１１】図８の状態における磁束経路を示すモータ縦断面図である。
【図１２】図９の状態における磁束経路を示すモータ縦断面図である。
【図１３】図４等の本発明モータを駆動する回路例である。
【図１４】図４等の本発明モータを駆動する回路例である。
【図１５】図４等の本発明モータを駆動する電流とトルクの例を示す図である。
【図１６】図４等の本発明モータを駆動する電流とトルクの例を示す図である。
【図１７】図４のロータ軸方向端のステータ磁極の形状を変更したモータについて、そ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１８】図１７に示す状態の磁束の分布を図示するモータ縦断面図である。
【図１９】図４あるいは図１８のモータを駆動する回路例である。
【図２０】図４あるいは図１８のモータを駆動する回路例である。
【図２１】図１９に示す各巻線をバイファイラ巻きとし、電圧の印加を各トランジスタで行い、磁気エネルギーの回生をダイオードで行う回路の例である。
【図２２】電気角３６０°の間にステータ磁極群を４個と１個のロータ突極を持つモータの円周方向形状を直線状に展開した図である。
【図２３】電気角３６０°の間にステータ磁極群を６個と１個のロータ突極を持つモータの円周方向形状を直線状に展開した図である。
【図２４】電気角３６０°の間にステータ磁極群を５個と１個のロータ突極を持つモータの円周方向形状を直線状に展開した図である。
【図２５】珪素鋼板の磁気特性を示す図である。
【図２６】片方向電流で駆動する３相直流のリラクタンスモータの横断面および磁束の例を示す図である。
【図２７】環状巻線を持つモータについて、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２８】図２７に示すモータのロータが電気角で３０°回転した図である。
【図２９】図２７に示すモータのロータが電気角で６０°回転した図である。
【図３０】ステータ磁極群の円周方向の歯の間に永久磁石と軟磁性体とを配置した構成と、ロータの円周方向の突極間に永久磁石と軟磁性体とを配置した構成の例である。
【図３１】図３０の永久磁石をステータの軟磁性体に内蔵し、永久磁石をロータの軟磁性体に内蔵した構成の例である。
【図３２】図３０および図３１の構成の磁気的な特性を示す図である。
【図３３】図４のモータの環状巻線の内径側に永久磁石を配置し、ロータのロータ軸方向の突極の間に永久磁石を配置したモータの例である。
【図３４】ステータ磁極のロータ方向表面に永久磁石を配置した構成のモータである。
【図３５】ステータ磁極の軟磁性体の内径側表面にＮ極永久磁石とＳ極永久磁石とを円周方向に交互に配置した構成のモータである。
【図３６】ステータ磁極の軟磁性体の内径側表面にＮ極永久磁石と軟磁性体とを円周方向に交互に配置した構成のモータである。
【図３７】図３５の永久磁石に相当する永久磁石をステータの軟磁性体に内蔵した構成のモータである。
【図３８】図３７の永久磁石の配置を変更した例である。
【図３９】図３４のステータ磁極表面に配置する磁石の数を半減したモータの例である。
【図４０】図４のモータにおいて、界磁巻線を付加した構成のモータである。
【図４１】図４０に示す各相の界磁巻線を直列に接続して通電する駆動回路の例である。
【図４２】複数個の本発明モータを駆動する回路の例である。
【図４３】従来の３相交流のブラシレスモータの縦断面を示す図である。
【図４４】図４３に示す従来のブラシレスモータの横断面を示す図である。
【図４５】図４３、図４４に示すブラシレスモータを駆動するインバータと巻線の構成を示す図である。
【図４６】３相交流のリラクタンスモータの横断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２４】
本発明のモータを説明する前に、構成は異なるが電磁気的に類似した特性を持つ図１のモータについて説明する。
図１のモータは、２極で全節巻き、集中巻きで、各巻線へは片方向電流すなわち直流電流を通電して駆動するモータである。１７、１８、１９、１Ａ、１Ｂ、１Ｃはステータ磁極である。これらは電磁気的にロータに作用するのでステータ磁極と称すが、構成要素としては歯である。
【００２５】
各ステータ突極に挟まれた各スロットには各巻線を巻回する。１１と１４はＡ相巻線であり、破線でそのコイルエンド部の巻線経路を示している。
各相の巻線には、電流のシンボルで示しているように、そのシンボルの方向の片方向電流を通電して制御する。すなわち、交流ではなく、直流電流制御を行うモータである。１３と１６はＢ相巻線であり、破線でそのコイルエンド部の巻線経路を示している。１５と１２はＣ相巻線であり、破線でそのコイルエンド部の巻線経路を示している。これらの巻線は、電気角１８０°ピッチで全節巻きで巻回し、それぞれ１個のスロットに集中して巻回しているので集中巻きである。
【００２６】
１Ｅ、１Ｈは軟磁性体の突極で構成するロータ磁極であり、このロータは２極である。  なお、図１では、電磁気的作用を視覚的に理解しやすいように２極の例を示しているが、モータの小型化のため８極などの多極のモータ構成として使用することが多い。
Ａ相の正の巻線中心からロータ磁極の反時計回転方向の端部までの角度をロータ回転位置θｒとする。また、ステータ磁極の円周方向幅Ｈｔ、スロットの円周方向幅Ｈｓおよびロータ突極部の円周方向幅Ｈｍは、所望特性に応じてそれらの大きさを選択することができる。
【００２７】
図１に示すモータは、ロータが方向により磁気抵抗が異なることを利用してトルクを発生させるリラクタンスモータである。永久磁石を使用しておらず、安価である。突極１Ｅ、１Ｈの向きは磁気抵抗が小さく、１Ｄの空間部の方向は磁気抵抗が大きい。
図１の回転位置θｒにおいて矢印１Ｇで示す反時計回転方向ＣＣＷへトルクを発生させる場合、Ａ相巻線１１、１４とＣ相巻線１５、１２へシンボルの方向へ電流を通電することにより、ステータ磁極１Ａからステータ磁極１７の方向へ矢印１Ｆで示す磁束φａが誘起され、ステータ磁極とロータ突極の間、すなわち、１Ａと１Ｈの間および１７と１Ｅの間に吸引力が発生し、矢印１Ｇで示すＣＣＷ方向のトルクが発生する。そして、ロータの回転に伴い順次吸引方向を移動させることにより連続的な回転トルクを発生させることができる。なお、後ほど説明するように、図１のモータに永久磁石を付加してモータの力率改善、トルク向上、効率向上を実現することもできる。
【００２８】
次に、図１のモータを駆動する回路を図２に示し説明する。
２Ｅはバッテリー等の直流電圧源である。２Ｃはコンデンサでモータからの回生エネルギが溜められる。コンデンサ２Ｃに充電されている電荷はトランジスタ２ＡのオンによりチョークコイルＬｄｃｃへ電流Ｉｇが放電され、トランジスタ２Ａのオフによりダイオード２Ｂを介して電流Ｉｇが直流電圧源２Ｅへ充電される。コンデンサ２Ｃの充電エネルギが直流電圧源２Ｅへ移され、トランジスタ２ＡとチョークコイルＬｄｃｃとダイオード２ＢがいわゆるＤＣ−ＤＣコンバータを構成している。ＶＬは図２のコモン電位で、ＶＭは直流電圧源２Ｅの出力電圧を示す電位、ＶＨはコンデンサ２Ｃの充電電位である。
【００２９】
２１は図１のＡ相巻線１１、１４であり、トランジスタ２４のオンにより直流電圧源２Ｅの電圧がＡ相巻線２１へ印加され片方向電流すなわち直流のＡ相電流Ｉａが通電される。トランジスタ２４がオフすると、前記Ａ相巻線２１のＡ相電流Ｉａがダイオード２７を介してコンデンサ２Ｃに充電される。この時、Ａ相巻線２１の磁気エネルギが前記コンデンサ２Ｃへ回生される。
２２は図１のＢ相巻線１３、１６であり、トランジスタ２５のオンにより直流電圧源２Ｅの電圧がＢ相巻線２２へ印加され片方向電流すなわち直流のＢ相電流Ｉｂが通電される。トランジスタ２５がオフすると、前記Ｂ相巻線２２のＢ相電流Ｉｂがダイオード２８を介してコンデンサ２Ｃに充電される。
２３は図１のＣ相巻線１５、１２であり、トランジスタ２６のオンにより直流電圧源２Ｅの電圧がＣ相巻線２３へ印加され片方向電流すなわち直流のＣ相電流Ｉｃが通電される。トランジスタ２６がオフすると、前記Ｃ相巻線２３のＣ相電流Ｉｃがダイオード２９を介してコンデンサ２Ｃに充電される。
【００３０】
次に、図１のモータの動作例について図３に図示し説明する。
今、ステータ磁極の円周方向幅Ｈｔが６０°で、スロットの円周方向幅Ｈｓが２０°の場合の例について説明する。
図３の（ａ）は、図１と同一のロータ回転位置θｒ＝３０°である。Ａ相巻線１１、１４へＡ相電流Ｉａ、Ｃ相巻線１５、１２へＣ相電流Ｉｃを巻線のシンボルで示す方向で同じ大きさの電流を通電する。この時破線の矢印３１の方向へ、アンペアの法則に従ってその方向の磁界Ｈの周回積分が（Ｉａ＋Ｉｃ）となるので、起磁力が作用する。そして、磁束１Ｆが誘起され、ステータ磁極１Ａとロータ突極１Ｈとの間に吸引力が作用し、ステータ磁極１７とロータ突極１Ｅとの間に吸引力が作用し、反時計回転方向ＣＣＷのトルクが生成する。
【００３１】
なお、上記の磁束１Ｆはステータのバックヨークを介して一巡している。また、矢印３１に直交する方向へは、アンペアの法則によりその方向の磁界Ｈの周回積分が（Ｉａ−Ｉｃ）＝０となるので、起磁力が作用しない。
このように、Ａ相電流ＩａとＣ相電流Ｉｃが等しく、Ｂ相電流Ｉｂが零の時、ステータ磁極１Ａから１７の方向へ起磁力が選択的に作用し、他のステータ磁極の方向へは起磁力が作用しない。このような特性は、図４４および図４６の交流電流モータの作用とは異なり、特徴的である。
【００３２】
図３の（ｂ）は、ロータ回転位置θｒ＝５０°である。Ｂ相巻線１３、１６へＢ相電流Ｉｂ、Ｃ相巻線１５、１２へＣ相電流Ｉｃを巻線のシンボルで示す方向で同じ大きさの電流を通電する。この時破線の矢印３２の方向へ、アンペアの法則に従ってその方向の磁界Ｈの周回積分が（Ｉｂ＋Ｉｃ）となるので、起磁力が作用する。そして、磁束３３が誘起され、ステータ磁極１８とロータ突極１Ｅとの間に吸引力が作用し、ステータ磁極１Ｂとロータ突極１Ｈとの間に吸引力が作用し、反時計回転方向ＣＣＷのトルクが生成する。また、矢印３２に直交する方向へは、アンペアの法則によりその方向の磁界Ｈの周回積分が（Ｉｂ−Ｉｃ）＝０となるので、起磁力が作用しない。
【００３３】
図３の（ｃ）は、ロータ回転位置θｒ＝７０°である。図３の（ｂ）と同じく、Ｂ相巻線１３、１６へＢ相電流Ｉｂ、Ｃ相巻線１５、１２へＣ相電流Ｉｃを巻線のシンボルで示す方向で同じ大きさの電流を通電する。磁束３４が誘起され、ステータ磁極１８とロータ突極１Ｅとの間に吸引力が作用し、ステータ磁極１Ｂとロータ突極１Ｈとの間に吸引力が作用し、反時計回転方向ＣＣＷのトルクが生成する。
図３の（ｄ）は、ロータ回転位置θｒ＝９０°である。図３の（ｃ）と同じく、Ｂ相巻線１３、１６へＢ相電流Ｉｂ、Ｃ相巻線１５、１２へＣ相電流Ｉｃを巻線のシンボルで示す方向で同じ大きさの電流を通電する。磁束３５が誘起され、ステータ磁極１８とロータ突極１Ｅとの間に吸引力が作用し、ステータ磁極１Ｂとロータ突極１Ｈとの間に吸引力が作用し、反時計回転方向ＣＣＷのトルクが生成する。
【００３４】
図３の（ｅ）は、ロータ回転位置θｒ＝１１０°である。Ａ相巻線１１、１４へＡ相電流Ｉａを、Ｂ相巻線１３、１６へＢ相電流Ｉｂを巻線のシンボルで示す方向で同じ大きさの電流を通電する。この時破線の矢印３６の方向へ、アンペアの法則に従ってその方向の磁界Ｈの周回積分が（Ｉａ＋Ｉｂ）となるので、起磁力が作用する。そして、磁束３７が誘起され、ステータ磁極１Ｃとロータ突極１Ｈとの間に吸引力が作用し、ステータ磁極１９とロータ突極１Ｅとの間に吸引力が作用し、反時計回転方向ＣＣＷのトルクが生成する。また、矢印３６に直交する方向へは、アンペアの法則によりその方向の磁界Ｈの周回積分が（Ｉａ−Ｉｂ）＝０となるので、起磁力が作用しない。
【００３５】
図３の（ｆ）は、ロータ回転位置θｒ＝１３０°である。Ａ相巻線１１、１４へＡ相電流Ｉａを、Ｂ相巻線１３、１６へＢ相電流Ｉｂを巻線のシンボルで示す方向で同じ大きさの電流を通電する。この時破線の矢印３６の方向へ起磁力が作用し、磁束３８が誘起され、ステータ磁極１Ｃとロータ突極１Ｈとの間に吸引力が作用し、ステータ磁極１９とロータ突極１Ｅとの間に吸引力が作用し、反時計回転方向ＣＣＷのトルクが生成する。
以下同様にロータ回転位置θｒに応じてＡ、Ｂ、Ｃ相の直流電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを通電することによりロータを回転することができる。吸引力により反時計回転方向ＣＣＷのトルクおよび時計回転方向ＣＷのトルクを発生することができ、両方向の回転が可能であり、かつそれぞれの方向の力行と回生とが可能である。
【００３６】
図１、図３のモータの特徴として、各ステータ磁極を通過する磁束は交番せず片方向の磁束であること、各相巻線が直流電流であり、各相巻線のスロットが隣接する両隣の２つのステータ磁極の励磁に共用していること、通電動作している２個の巻線の鎖交磁束が同一であること、駆動回路の総電流容量を低減できることなどがあげられる。このような特性は、図４４および図４６に示す従来の交流電流モータとは異なっている。
なお、図１、図３、図２６に示すモータに関する技術は、先に、本願発明者らにより、特願２００８−２９２１４２および特願２００９−１１９０６３において特許出願済みの技術であり、その詳細を開示している。
【００３７】
（実施例１）
次に、本発明のモータの例を図４に示し説明する。
１はロータ軸で、Ｒ１はＡ相のロータ突極、Ｒ２は−Ｃ相のロータ突極、Ｒ３はＢ相のロータ突極、Ｒ４は−Ａ相のロータ突極、Ｒ５はＣ相のロータ突極、Ｒ６は−Ｂ相のロータ突極である。ロータ突極Ｒ１の形状は、断面ＥＡ−ＥＡを図５に示すように、円周方向に１２極の突極となる例である。
Ｔ１はＡ相のステータ突極、Ｔ２は−Ｃ相のステータ突極、Ｔ３はＢ相のステータ突極、Ｔ４は−Ａ相のステータ突極、Ｔ５はＣ相のステータ突極、Ｔ６は−Ｂ相のステータ突極である。ステータ突極Ｔ１の形状は、断面ＥＡ−ＥＡを図５に示すように、円周方向に１２極の突極となる例である。
【００３８】
各巻線は、図４の上側から、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６の巻線を配置している。巻線Ｗ２の形状は、断面ＥＢ−ＥＢの図を図６に示すように、環状の巻線である。非常に簡素な形状であるため、従来の図４３、図４４、図４６に示すモータの巻線に比較し、製作が容易で巻線占積率の向上が可能でコイルエンドがないという特徴がある。製作コストの低減、モータの小型化などが可能である。なお、図６に破線で示している形状は、巻線Ｗ２の背後に位置するステータ突極Ｔ２とロータ突極Ｒ２である。これは断面ＥＢ−ＥＢではないが参考のため破線で示している。
なお、巻線Ｗ６は、このモータの磁気回路の外に配置されているので、空中に存在していることから、閉回路を構成する磁気回路の磁気抵抗が大きく、モータへ及ぼす電磁気的作用が小さく、省略してもトルク発生上の影響は小さい。通常、巻線Ｗ６は省略する。しかし、ロータ軸の両端に起磁力が作用して鉄分が付着することなどが問題となる用途では、ロータ軸方向起磁力を相殺して零とする点で、巻線Ｗ６は有効である。
【００３９】
図７は図４のモータのステータとロータとの間のエアギャップ面の形状を、円周方向を水平展開して示した図である。図７では横軸を、円周方向の角度を電気角で示していて、ステータ磁極およびロータ磁極のピッチが電気角で１８０°である。図７の縦軸はロータ軸方向である。ここで、ステータ磁極と同相のロータ磁極は対向しているので、水平展開した図とすると重なるために図示することが難しいので、紙面の上下方向にずらして示している。例えば、ステータ突極Ｔ１とロータ突極Ｒ１は、実際には対向した配置構造であるが、紙面の上下方向にずらして示している。
【００４０】
図７では、各相ステータ突極Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６は相互に円周方向に電気角で６０°の位相差を付けて配置している。各相ロータ突極Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は相対的に同一の位相に配置している。
ステータとロータの相対的位置関係は、紙面の表側にステータがあり、紙面の裏側にロータ磁極があることを想定している。各巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５は、各相のステータ突極の間のスロットに配置し、各巻線の電流の方向は、それぞれの矢印の方向である。図４のロータ軸１の紙面で上側が出力軸であるとすると、巻線Ｗ１の電流方向は、出力軸側から見て反時計回転方向ＣＣＷであり、巻線Ｗ２の電流方向は、時計回転方向ＣＷである。
【００４１】
図４、図７に示すモータの各部分および各電流の関係について説明する。
軟磁性体で構成されたステータ突極Ｔ１を同一円周上に複数配置したステータ磁極群ＧＴ１と、軟磁性体で構成されたステータ突極Ｔ２を同一円周上に複数配置したステータ磁極群ＧＴ２と、軟磁性体で構成されたステータ突極Ｔ３を同一円周上に複数配置したステータ磁極群ＧＴ３と、軟磁性体で構成されたステータ突極Ｔ４を同一円周上に複数配置したステータ磁極群ＧＴ４と、軟磁性体で構成されたステータ突極Ｔ５を同一円周上に複数配置したステータ磁極群ＧＴ５と、軟磁性体で構成されたステータ突極Ｔ６を同一円周上に複数配置したステータ磁極群ＧＴ６とをロータ軸方向に平行して６個配置している。
【００４２】
各ステータ磁極群ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３、ＧＴ４、ＧＴ５、ＧＴ６は、それらのバックヨークが相互に磁気抵抗が小さくなるように磁気的に繋がっている。各ステータ磁極群ＧＴ１、ＧＴ２、ＧＴ３、ＧＴ４、ＧＴ５、ＧＴ６のロータ軸方向の隙間が環状巻線を配置するスロットＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３、ＳＬ４、ＳＬ５を５個構成している。
環状の各巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５は、前記５個のスロットにそれぞれロータ軸を円周方向に周回して巻回する。そして、巻線Ｗ６を前記ステータ磁極群の外側に配置している。この巻線Ｗ６は省略することもできる。
【００４３】
前記６個の巻線には、それぞれ、片方向電流すなわち直流電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６が通電される。前記６個の巻線の電流の方向は、ロータ軸方向の順に相対的に逆方向に配置する。従って、それぞれの環状巻線の電流方向は、ロータ軸方向に隣接した環状巻線の電流方向と逆の電流方向としている。各ステータ突極でありステータ磁極群の電磁気的な励磁は、ロータ軸方向の両隣の２つの環状巻線の電流により励磁することができる。ただし、ロータ軸方向端に位置するステータ磁極群の励磁においては、ステータの外側に位置する環状巻線を省略することもできる。
【００４４】
軟磁性体で構成されたロータ突極Ｒ１を同一円周上に複数配置したロータ磁極群ＧＲ１と、軟磁性体で構成されたロータ突極Ｒ２を同一円周上に複数配置したロータ磁極群ＧＲ２と、軟磁性体で構成されたロータ突極Ｒ３を同一円周上に複数配置したロータ磁極群ＧＲ３と、軟磁性体で構成されたロータ突極Ｒ４を同一円周上に複数配置したロータ磁極群ＧＲ４と、軟磁性体で構成されたロータ突極Ｒ５を同一円周上に複数配置したロータ磁極群ＧＲ５と、軟磁性体で構成されたロータ突極Ｒ６を同一円周上に複数配置したロータ磁極群ＧＲ６とをロータ軸方向に平行して６個配置している。各ロータ磁極群ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、ＧＲ４、ＧＲ５、ＧＲ６は、それらのバックヨークが相互に磁気抵抗が小さくなるように磁気的に繋がっている。
【００４５】
なお、これらのロータ磁極群ＧＲ１、ＧＲ２、ＧＲ３、ＧＲ４、ＧＲ５、ＧＲ６は、円周方向に同一の位相である場合には、前記６個のロータ突極Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６がロータ軸方向に一体に繋がった形状であっても良い。
ステータ突極のロータ軸方向の形状は、図４に示すステータ突極形状よりロータ軸方向に広くするなど種々形状に変形することも可能である。また、ステータ突極とロータ突極との電磁気的な作用は相互の相対的な位相関係で生成されるので、各相のステータ突極とロータ突極とが所望の円周方向位相関係が保たれていれば、他の相との円周方向位相関係は制約されることが無く、各相のステータ突極とロータ突極とは、他の相とは自由な円周方向位相関係に配置することもできる。
【００４６】
また、ステータ磁極群の数が６の場合について示しているが、他の数のステータ磁極群でモータを構成することもできる。特に偶数のステータ磁極群の構成の場合、電気角１８０°のピッチでモータを構成することが容易であり、電磁気的な対称性を保つことができる。また、前記軟磁性体として電磁鋼板の積層体、電磁鋼板を折り曲げた構成、フェライト軟磁性体、圧粉磁心などの種々軟磁性体を適用することができる。
ステータ突極、ロータ突極、巻線は、電磁気的な関係を保ちながら種々形状に変形することができる。例えば、突極は磁気抵抗の差が有ればよいので、円周方向に等間隔の凹みであったり、高い透磁率の物質と低い透磁率の物質とが円周方向に交互に配置された構成でも良い。環状巻線の形状も波状に蛇行した環状形状でも良い。環状の巻線はロータ側のロータ突極の間に突き出すこともできる。
【００４７】
次に、図４のモータの動作について説明する。
各環状巻線の電流方向を一定方向とし、各巻線の電流を適切に通電することにより、各相のステータ磁極およびロータ磁極を通過する磁束の方向が一定となるように制御することができる。図４に磁束の方向を付記するように、ステータ突極Ｔ１とロータ突極Ｒ１にはＡ相の磁束φａが通り、ステータ突極Ｔ３とロータ突極Ｒ３にはＢ相の磁束φｂが通り、ステータ突極Ｔ５とロータ突極Ｒ５にはＣ相の磁束φｃが通る。ステータ突極Ｔ４とロータ突極Ｒ４には磁束φｄが通り、この磁束φｄは負のＡ相の磁束−φａとなるように制御する。ステータ突極Ｔ６とロータ突極Ｒ６には磁束φｅが通り、この磁束φｅは負のＢ相の磁束−φｂとなるように制御する。ステータ突極Ｔ２とロータ突極Ｒ２には磁束φｆが通り、この磁束φｆは負のＣ相の磁束−φｃとなるように制御する。
【００４８】
次に、各巻線へ各電流を通電する方法について説明する。
図１３は図４に示すモータの巻線の電流を通電する回路の例である。２Ｅは直流電圧源で、破線Ｄ−Ｄが囲う部分は図２のＤＣ−ＤＣコンバータと同じである。ＤＣ−ＤＣコンバータは、コストと大きさの点で無視できないが、多数個のモータを駆動する場合は共用することができるので、その負担を小さくすることができる。
各巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５は、図７に示す電流の方向と一致するように接続する。巻線Ｗ１はトランジスタＮ９１をオンして電流Ｉ１を通電し、トランジスタＮ９１をオフすると、巻線Ｗ１に流れている電流Ｉ１はダイオードＮ９７を通ってコンデンサ２Ｃを充電するように流れる。
【００４９】
巻線Ｗ２はトランジスタＮ９２をオンして電流Ｉ２を通電し、トランジスタＮ９２をオフすると、巻線Ｗ２に流れている電流Ｉ２はダイオードＮ９８を通ってコンデンサ２Ｃを充電するように流れる。巻線Ｗ３はトランジスタＮ９３をオンして電流Ｉ３を通電し、トランジスタＮ９３をオフすると、巻線Ｗ３に流れている電流Ｉ３はダイオードＮ９９を通ってコンデンサ２Ｃを充電するように流れる。
巻線Ｗ４はトランジスタＮ９４をオンして電流Ｉ４を通電し、トランジスタＮ９４をオフすると、巻線Ｗ４に流れている電流Ｉ４はダイオードＮ９Ａを通ってコンデンサ２Ｃを充電するように流れる。巻線Ｗ５はトランジスタＮ９５をオンして電流Ｉ５を通電し、トランジスタＮ９５をオフすると、巻線Ｗ５に流れている電流Ｉ５はダイオードＮ９Ｂを通ってコンデンサ２Ｃを充電するように流れる。
【００５０】
また、図１４は各巻線へ電流を通電する他の回路の例である。巻線Ｗ１へ電流を通電する場合、トランジスタＭ１１とトランジスタＭ１２をオンし、直流電圧源２Ｅの電圧を巻線Ｗ１へ印加し電流Ｉ１を通電する。トランジスタＭ１１とトランジスタＭ１２をオフすると、巻線Ｗ１に流れている電流Ｉ１はダイオードＭ１ＣとＭ１Ｂを通って直流電圧源２Ｅへ回生するように流れる。
また、片側のトランジスタをオンし、他方のトランジスタをオフする状態とすることにより、フライホイール電流を通電することもできる。例えば、トランジスタＭ１１をオンし、他方のトランジスタＭ１２をオフすると、巻線Ｗ１に流れている電流Ｉ１はトランジスタＭ１１とダイオードＭ１Ｂを通って一巡し、この閉回路を構成して電流Ｉ１が流れる。他の巻線Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５についても該当するトランジスタとダイオードを使用して各相の電流Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５を通電制御することができる。その他にも前記回路の変形など、種々の直流電流駆動回路を使用することができる。
【００５１】
次に、図４のモータで具体的にトルクを発生させる電流の通電方法の例について説明する。図７から分かるように、Ａ相ステータ磁極Ｔ１とＤ相ステータ磁極Ｔ４は同一の位相であり、図４から分かるように、Ａ相の磁束φａの方向とＤ相の磁束φｄの方向は逆方向である。図７のＡ相ロータ突極Ｒ１の回転位置θｒは０°であり、この回転位置θｒ＝０°で図５のロータを反時計回転方向ＣＣＷへ、すなわち、図７に示すロータ突極Ｒ１を紙面では右側へ移動させる方法を考える。図７の状態では、磁束φａをロータ突極Ｒ１からステータ突極Ｔ１へ通過させ、ステータのバックヨークを通ってステータ突極Ｔ４からロータ突極Ｒ４通過させロータ突極Ｒ１へ戻るような一巡する磁束φａを生成すればよい。  
【００５２】
図８は図７の状態からロータ突極Ｒ１を紙面では右側へ３０°移動させた状態である。図８の断面ＥＣ−ＥＣの磁束の分布は、モータの縦断面図で示すと図１１の磁束Ｎ８１となる。この時のトルクは、図８に示すロータ回転位置θｒ＝３０°の回転位置の磁束である図１１に示す磁束Ｎ８１により発生する。対向するステータ突極とロータ突極がロータ回転に伴って差し掛かるときに両突極間に磁束が励磁されるように電流を通電し、その両突極間の磁束が増加しようと作用する吸引力によりトルクＴｍが発生する。従って、当然のことながら、同相のステータ突極とロータ突極の円周方向の相対位置によりトルクの発生する方向が異なる。そして、所定のロータ回転位置θｒの区間で該当する電流を通電し、その相の磁束を励磁し、所望のトルクを発生する。
【００５３】
図８、図１１の回転位置θｒにおける具体的な電流は、巻線Ｗ１の電流Ｉ１と巻線Ｗ３の電流Ｉ３と巻線Ｗ４の電流Ｉ４を図７の方向にし、電流値は同じ大きさにすればよい。電流の大きさを変えることにより発生トルクを可変することができる。他の巻線Ｗ２、Ｗ５の電流は零とする。この時、他のステータ突極Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ６を通過する経路へは前記電流Ｉ１、Ｉ３、Ｉ４の起磁力は作用しない。このことは、アンペアの法則で検証することができ、検証する経路に鎖交する電流値を求めればよい。図１１の磁束Ｎ８１の磁気回路の経路に鎖交する電流は２×Ｉ１であり、他の経路は、総和が零となる。なおこの時、Ｉ１＝Ｉ３＝Ｉ４で同じ大きさの電流値である。
【００５４】
なお、図４、図１１のモータは、各巻線の形状が環状巻線で、磁束はラジアル方向あるいは円周方向だけでなく磁束Ｎ８１のようにロータ軸方向へも通過する３次元方向の磁束であり、複雑な電磁気的作用が働く。一方、図１、図３に示すモータは図４とは形状、構成、特徴は大きく異なるが、電磁気的な作用に類似する部分があり、また、図３に示したように電磁気的作用を平面的に図示して理解あるいは説明することが容易である。そこで、図１１、図１３の電磁気的作用を図３と対比して説明する。
【００５５】
本発明の図４のモータを図１のモータに対比させて比較する。
各ステータ突極Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６は、それぞれ、図１のステータ磁極１７、１８、１９、１Ａ、１Ｂ、１Ｃに相当する。しかし、図４の構成は、図１の巻線１１の部分でステータのバックヨークが磁気的に左右に分離されている構成に相当する。各巻線Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６は、それぞれ、図１の巻線１２、１３、１４、１５、１６、１１に相当する。ここで、巻線１１の部分でステータのバックヨークが磁気的に左右に分離されているとすると、巻線１１は図１のモータの磁気回路の外側にあることになり、電磁気的作用が極めて小さく、図４のモータの巻線Ｗ６と同じような電磁気的作用となる。各ロータ突極Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は、図１のロータ突極１Ｅ、１Ｈに相当する。
【００５６】
図４のモータが図１のモータと比較して大きく異なる点は、図４の各ステータ突極は同一円周上に同相のステータ磁極が電気角で３６０°ピッチで並ぶ点、各ステータ磁極の円周方向幅を電気角で９０°程度に大きくできる点、各巻線が環状形状の巻線である点、各巻線の電流位相の異なる方向にステータバックヨークがエンドレスではない構成となっている点などである。先に説明した図１１の各相電流の値と磁束Ｎ８１は、図３の（ａ）の各相電流の値と磁束１Ｆに相当する。図３の（ａ）の方が、起磁力の作用する方向とステータ磁極、起磁力の作用しない方向とステータ磁極が、アンペアの法則から視覚的に理解しやすい。
【００５７】
次に、図８の状態からロータ突極Ｒ１を紙面でさらに右側へ６０°移動させたθｒ＝９０°の状態を図９に示す。この回転位置で図５のロータを反時計回転方向ＣＣＷへ、すなわち、図９に示すロータ突極Ｒ１を紙面では右側へ移動させる方法を考える。
図９の状態では、磁束φｃをロータ突極Ｒ５からステータ突極Ｔ５へ通過させ、ステータのバックヨークを通ってステータ突極Ｔ２からロータ突極Ｒ２を通過させロータ突極Ｒ５へ戻るような一巡する磁束φｃを生成すればよい。図９の断面ＥＤ−ＥＤの磁束の分布は、モータの縦断面図で示すと図１２の磁束Ｓ３１となる。
【００５８】
前記磁束Ｓ３１を励磁する具体的な電流は、巻線Ｗ４の電流Ｉ４と巻線Ｗ５の電流Ｉ５および巻線Ｗ１の電流Ｉ１と巻線Ｗ２の電流Ｉ２を図７の方向にし、電流値は同じ大きさにすればよい。電流の大きさを変えることにより発生トルクを可変することができる。他の巻線Ｗ３の電流は零とする。この時、他のステータ突極Ｔ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６を通過する経路へは前記電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ４、Ｉ５の起磁力は作用しない。なおこの時、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ４＝Ｉ５で同じ大きさの電流値である。
【００５９】
先に説明した図１１の各相電流の値と磁束Ｎ８１は、図３の（ｄ）の各相電流の値と磁束３５に相当する。図３の（ｄ）においても、該当するステータ磁極１８、１Ｂ以外の４つのステータ磁極へは起磁力が作用せず、磁束が励磁されない。
なお、図４のモータはリラクタンス力でトルクを得るモータであり、各相のステータの歯は突極の形状をしていて、各相のステータ磁極の機能を持っている。同じく、ロータ突極がロータ磁極を構成している。例えば、図４４のブラシレスモータでは、円筒状の表面磁石形ロータで構成しており、ロータ突極ではなく、永久磁石がロータ磁極を構成している。ステータもその内周面はほぼ円筒形状であり、図５のモータの様な突極形状のステータ磁極ではない。
【００６０】
次に、図１のモータと図４のモータとが異なる点について説明する。
図１のモータは、ロータ突極が２極の範囲すなわち電気角で３６０°の間に６個のステータ磁極を配置していて、各相のステータ磁極は電気角で３６０°の間に１個配置している。この図１のモータ構成を図４のモータ構成に対比させると、図１０のステータ突極、ロータ突極の配置となる。この図１０のモータは、先に説明した本発明の図７のモータに比較してステータ突極の数が１／２となっていて、図１０のモータの発生トルクは図７のモータの発生トルクの１／２となる。図７のモータは、図１０のモータにおいて空いているスペースにステータ突極を追加して配置しているので、図１０のモータの２倍のトルクを発生することができるとも言える。
【００６１】
図７のモータは、電気角３６０°の円周方向の範囲に同相のステータ突極を２個配置した構成とすることができている。図４のモータ構成においてステータ突極を追加することができる理由の一つは、各巻線電流が片方向の電流であるので、各ステータ磁極を通過する磁束の方向が一方向の磁束であることと関係している。これは本発明モータの大きな特徴の一つであり、出力トルクの増大が可能である。
なお、従来のブラシレスモータである図４４の３相交流モータにおいても、電気角で３６０°の間に各相のステータ磁極は１個配置する構成である。また、従来のブラシレスモータを環状巻線を備える構造のモータに変換した２相交流モータ、３相交流モータ、４相交流モータなどにおいても、電気角で３６０度の間に同相のステータ磁極を１個だけ配置したモータ構成となっている。トルク発生上のこの点でも本発明モータに劣る。
【００６２】
次に、図４のモータを連続的に回転する場合の各電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６とトルクＴｍとの関係を図１５に示す。なお、巻線Ｗ６の電流Ｉ６は無くても良い。横軸はロータ回転位置θｒを電気角で示している。各電流を太実線で示しているが、それぞれに、破線と一点鎖線で各電流の成分も付記しており、成分の和が太実線の値となっている。図１５の（Ａ）の電流成分Ｍ２１と（Ｆ）の電流成分Ｍ２Ｈは磁束φａを励磁する電流成分であり、（Ｃ）の電流成分Ｍ２８と（Ｄ）の電流成分Ｍ２Ａは磁束φｄを励磁する電流成分である。（Ｂ）の電流成分Ｍ２５と（Ｃ）の電流成分Ｍ２７は磁束φｂを励磁する電流成分であり、（Ｅ）の電流成分Ｍ２Ｅと（Ｆ）の電流成分Ｍ２Ｇは磁束φｅを励磁する電流成分である。（Ｄ）の電流成分Ｍ２Ｂと（Ｅ）の電流成分Ｍ２Ｄは磁束φｃを励磁する電流成分であり、（Ａ）の電流成分Ｍ２２と（Ｂ）の電流成分Ｍ２４は磁束φｆを励磁する電流成分である。
【００６３】
これらの各電流成分の和が各電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６で、電流Ｉ１はＭ２３、電流Ｉ２はＭ２６、電流Ｉ３はＭ２９、電流Ｉ４はＭ２Ｃ、電流Ｉ５はＭ２Ｆ、電流Ｉ６はＭ２Ｊである。各電流成分に分けて説明したように、必要に応じて複数の磁束成分、複数の電流成分を重畳して制御することができる。図１５の（Ｇ）に示すＭ２Ｋはモータの出力トルクＴｍである。図１５の例では、ステータ突極とロータ突極で発生可能な領域をより多く使う方法を示しており、トルクＴｍの平均値は大きいが、トルクリップルが少し大きくなるような駆動方法である。
このように、ロータの回転と共に各電流を切り替えながらモータの回転トルクを発生することができる。
【００６４】
次に、図１６に本発明モータの電流駆動方法の例を示す。
図１６は、図４のモータを連続的に回転する場合の各電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６とトルクＴｍとの関係の例を示している。横軸はロータ回転位置θｒを電気角で示している。各電流を太実線で示しているが、それぞれに、破線と一点鎖線で各電流の成分も付記しており、成分の和が太実線の値となっている。
【００６５】
図１６の（Ａ）の電流成分Ｒ３１と（Ｆ）の電流成分Ｒ３Ｈは磁束φａを励磁する電流成分であり、（Ｃ）の電流成分Ｒ３８と（Ｄ）の電流成分Ｒ３Ａは磁束φｄを励磁する電流成分である。（Ｂ）の電流成分Ｒ３５と（Ｃ）の電流成分Ｒ３７は磁束φｂを励磁する電流成分であり、（Ｅ）の電流成分Ｒ３Ｅと（Ｆ）の電流成分Ｒ３Ｇは磁束φｅを励磁する電流成分である。（Ｄ）の電流成分Ｒ３Ｂと（Ｅ）の電流成分Ｒ３Ｄは磁束φｃを励磁する電流成分であり、（Ａ）の電流成分Ｒ３２と（Ｂ）の電流成分Ｒ３４は磁束φｆを励磁する電流成分である。これらの各電流成分の和が各電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５、Ｉ６で、電流Ｉ１はＲ３３、電流Ｉ２はＲ３６、電流Ｉ３はＲ３９、電流Ｉ４はＲ３Ｃ、電流Ｉ５はＲ３Ｆ、電流Ｉ６はＲ３Ｊである。各電流成分に分けて説明したように、必要に応じて複数の磁束成分、複数の電流成分を重畳して制御することもできる。図１６の（Ｇ）に示すＲ３Ｋはモータの出力トルクＴｍである。
【００６６】
図１６の電流駆動方法では、図１５の電流駆動方法に比較して平均トルクは２／３と小さくなるが、トルクが均一でトルクリップルが小さくなる電流通電方法である。この時、各電流の最大値が図１５に比較して１／２の大きさとなっており、トランジスタの電流容量を低減することにもなる。このように、ロータの回転と共に各電流を切り替えながらモータの回転トルクを発生することができる。なお、巻線Ｗ６が不要なモータでは、電流Ｉ６は無くても良い。
前記のように、図４等に示す本発明のモータは、吸引力により反時計回転方向ＣＣＷのトルクおよび時計回転方向ＣＷのトルクを発生することができ、両方向の回転が可能であり、かつそれぞれの方向の力行と回生とが可能である。
【００６７】
（実施例２）
次に、請求項２の発明に関わる技術について説明する。
図４、図１８のモータの巻線の接続方法、電流の駆動方法として、図１３、図１４で説明したが、図１９、図２０、図２１の駆動回路で通電することもでき、駆動回路を簡素化することができる。なお、図１３、図１４の駆動回路の方がそれぞれの巻線を個別に異なる電流を制御できる点、それぞれに電圧を印加できる点などのため、モータのトルク特性あるいは電流の応答性などの制御性能の点では優れている。
【００６８】
図１９は、図４あるいは図１８のモータを駆動する回路の例である。図１３におけるＤＣ−ＤＣコンバータＤ−Ｄを直流電圧源５Ａに置き換えている。電源の構成は種々構成を選択することができる。巻線Ｗ１とＷ４とは通電方向を揃えて直列に接続し、トランジスタ２４とダイオード２７で電圧と電流を制御する。トランジスタ２４をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ１とＷ４とに印加されて電流が増加し、トランジスタ２４をオフするとダイオード２７を介して直流電圧源５Ａへ電流が流れ、巻線Ｗ１とＷ４の磁気エネルギーが回生される。
【００６９】
図１５から分かるように、巻線Ｗ１の電流Ｉ１と巻線Ｗ４の電流Ｉ４とは同一の電流波形であり、直列に接続して駆動することが可能である。しかも、図１１、図１２から分かるように、巻線Ｗ１とＷ４とはそれぞれの鎖交磁束の回転変化率が同時に大きな値となることはないので、電圧の負担が原理的には大きくならない。巻線Ｗ１と巻線Ｗ４とを直列に接続して駆動することができるので、駆動回路を簡単化することにより低コスト化と小型化ができ、駆動回路の損失低減もでき高効率化できる。なお、巻線Ｗｘの鎖交磁束をφｘとすると、その電圧Ｖｘは、Ｖｘ＝Ｎｗ×ｄφｘ／ｄｔ＝Ｎｗ×ｄφｘ／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔとなる。従って、図１１、図１２において、電圧Ｖｘは鎖交磁束φｘの回転変化率ｄφｘ／ｄθｒに比例することから各トランジスタ２４、２５、２６を考察し、計算することができる。ここで、Ｎｗは巻き回数、ｄθｒ／ｄｔはロータの回転速度である。
【００７０】
同様に、巻線Ｗ５とＷ２とについても通電方向を揃えて直列に接続し、トランジスタ２６とダイオード２９で電圧と電流を制御する。トランジスタ２６をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ５とＷ２とに印加され電流が増加し、トランジスタ２６をオフするとダイオード２９を介して直流電圧源５Ａへ電流が流れ、巻線Ｗ５とＷ２の磁気エネルギーが回生される。図１５から分かるように、巻線Ｗ５の電流Ｉ５と巻線Ｗ２の電流Ｉ２とは同一の電流波形であり、直列に接続して駆動することが可能である。しかも、図１１、図１２から分かるように、巻線Ｗ５とＷ２とは、それぞれの鎖交磁束の回転変化率が同時に大きな値となることはないので、電圧の負担が原理的には大きくならない。巻線Ｗ２と巻線Ｗ５とを直列に接続して駆動することができるので、駆動回路が簡素となるので低コスト化、小型化ができ、駆動回路の損失低減もでき高効率化できる。
【００７１】
同様に、巻線Ｗ３とＷ６とについても通電方向を揃えて直列に接続し、トランジスタ２５とダイオード２８で電圧と電流を制御する。トランジスタ２５をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ３とＷ６とに印加され電流が増加し、トランジスタ２５をオフするとダイオード２８を介して直流電圧源５Ａへ電流が流れ、巻線Ｗ３とＷ６の磁気エネルギーが回生される。図１５から分かるように、巻線Ｗ３の電流Ｉ３と巻線Ｗ６の電流Ｉ６とは同一の電流波形であり、直列に接続して駆動することが可能である。なお、図４のモータで巻線Ｗ６を省略する場合は、図１９において巻線Ｗ６省略し短絡すればよい。
【００７２】
次に、図２０の駆動回路について説明する。
図２０の場合も図１９と同様に２個の巻線を直列に接続して駆動することができるので、駆動回路の低コスト化、小型化、高効率化が可能である。巻線Ｗ１とＷ４とは通電方向を揃えて直列に接続し、トランジスタＭ６１、Ｍ６２とダイオードＭ６７、Ｍ６８とで電圧と電流を制御する。トランジスタＭ６１、Ｍ６２をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ１とＷ４とに印加され電流が増加し、トランジスタＭ６１、Ｍ６２をオフするとダイオードＭ６７、Ｍ６８を介して直流電圧源５Ａへ電流が流れ、巻線Ｗ１とＷ４の磁気エネルギーが回生される。この時、片側のトランジスタをオンし、他方のトランジスタをオフする状態とすることにより、フライホイール電流を通電することもできる。例えば、トランジスタＭ６１をオンし、他方のトランジスタＭ６２をオフすると、巻線Ｗ１、Ｗ４に流れている電流はトランジスタＭ６１とダイオードＭ６７を通って一巡し、この閉回路を構成して電流Ｉが流れる。
【００７３】
同様に、巻線Ｗ５とＷ２とは通電方向を揃えて直列に接続し、トランジスタＭ６５、Ｍ６６とダイオードＭ６Ｂ、Ｍ６Ｃとで電圧と電流を制御する。トランジスタＭ６５、Ｍ６６をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ５とＷ２とに印加され電流が増加し、トランジスタＭ６５、Ｍ６６をオフするとダイオードＭ６Ｂ、Ｍ６Ｃを介して直流電圧源５Ａへ電流が流れ、巻線Ｗ５とＷ２の磁気エネルギーが回生される。
同様に、巻線Ｗ３とＷ６とは通電方向を揃えて直列に接続し、トランジスタＭ６３、Ｍ６４とダイオードＭ６９、Ｍ６Ａとで電圧と電流を制御する。トランジスタＭ６３、Ｍ６４をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ３とＷ６とに印加され電流が増加し、トランジスタＭ６３、Ｍ６４をオフするとダイオードＭ６９、Ｍ６Ａを介して直流電圧源５Ａへ電流が流れ、巻線Ｗ３とＷ６の磁気エネルギーが回生される。なお、巻線Ｗ６が無いモータの場合は省略すればよい。
【００７４】
次に、図２１の駆動回路について説明する。
この駆動方法を適用する場合は、図４のモータの巻線構成をバイファイラ巻きに変更する必要がある。具体的にバイファイラ巻きは、図１の巻線Ｗ１を２本の並列巻き線とするなどにより、二つの巻線Ｗ１ＡとＷ１Ｂの鎖交磁束が逆方向になるような工夫をする。そして理想的には、Ａ相の磁束φａが巻線Ｗ１ＡとＷ１Ｂの両方に完全に鎖交するものであるが、現実的にはある程度漏れ磁束等が発生する。巻線Ｗ２についてもＷ２ＡとＷ２Ｂとを逆方向に並列巻線とし、巻線Ｗ３についてもＷ３ＡとＷ３Ｂとを逆方向に並列巻線とし、巻線Ｗ４についてもＷ４ＡとＷ４Ｂとを逆方向に並列巻線とし、巻線Ｗ５についてもＷ５ＡとＷ５Ｂとを逆方向に並列巻線とし、巻線Ｗ６についてもＷ６ＡとＷ６Ｂとを逆方向に並列巻線とする。
【００７５】
そして、巻線Ｗ１ＡとＷ４Ａの通電方向を合わせて直列に接続し、トランジスタＳ５１とダイオードＳ５２で電流を制御する。トランジスタＳ５１をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ１ＡとＷ４Ａとに印加され電流Ｉ１Ａが増加し、トランジスタＳ５１をオフするとダイオードＳ５２を介して、また、巻線Ｗ１ＢとＷ４Ｂを介して直流電圧源２Ｅへ電流Ｉ１Ｂが流れ、巻線Ｗ１Ａ、Ｗ１ＢとＷ４Ａ、Ｗ４Ｂの磁気エネルギーが直流電圧源２Ｅへ回生される。巻線Ｗ１ＡとＷ１Ｂとは同一の磁束φａに鎖交しているので磁気エネルギーを共有していることになる。同様にＷ４Ａ、Ｗ４Ｂも同一の磁束φｄに鎖交しているのでその磁気エネルギーを共有していることになる。
また、巻線Ｗ１ＡとＷ４Ａの巻き回数がＷＮＡで巻線Ｗ１ＢとＷ４Ｂの巻き回数がＷＮＢである場合、トランジスタＳ５１がオンからオフに切り替わる瞬間の前後の電流Ｉ１ＡとＩ１Ｂは、原理的に（電流値×巻き回数）が同じ値となるように作用することから、（ＷＮＡ×Ｉ１Ａ）＝（ＷＮＢ×Ｉ１Ｂ）となる。
【００７６】
同様に、巻線Ｗ５ＡとＷ２Ａの通電方向を合わせて直列に接続し、トランジスタＳ５５とダイオードＳ５６で電流を制御する。トランジスタＳ５５をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ５ＡとＷ２Ａとに印加され電流Ｉ５Ａが増加し、トランジスタＳ５５をオフするとダイオードＳ５６を介して、また、巻線Ｗ５ＢとＷ２Ｂを介して直流電圧源２Ｅへ電流Ｉ５Ｂが流れ、巻線Ｗ５Ａ、Ｗ５ＢとＷ２Ａ、Ｗ２Ｂの磁気エネルギーが直流電圧源２Ｅへ回生される。
同様に、巻線Ｗ３ＡとＷ６Ａの通電方向を合わせて直列に接続し、トランジスタＳ５３とダイオードＳ５４で電流を制御する。トランジスタＳ５３をオンすると直流電圧源２Ｅの電圧が巻線Ｗ３ＡとＷ６Ａとに印加され電流Ｉ３Ａが増加し、トランジスタＳ５３をオフするとダイオードＳ５４を介して、また、巻線Ｗ３ＢとＷ６Ｂを介して直流電圧源２Ｅへ電流Ｉ３Ｂが流れ、巻線Ｗ３Ａ、Ｗ３ＢとＷ６Ａ、Ｗ６Ｂの磁気エネルギーが直流電圧源２Ｅへ回生される。
【００７７】
図２１の回路構成では、図１９に比較して直流電圧源５Ａが不要となる利点がある。図２０に比較してトランジスタとダイオードの数を低減できる利点がある。また、図２１の場合も図１９、図２０と同様に、図１３、図１４の回路構成に比較して、２個の巻線を直列に接続して駆動することができるので、駆動回路の低コスト化、小型化、高効率化が可能である。なお、巻線Ｗ６が無いモータの場合は省略すればよい。また、各トランジスタＳ５１、Ｓ５３、Ｓ５５のオフ時に各巻線の漏れ磁束分に起因する過電圧などがかかる恐れがあり、例えばトランジスタのコレクタ部ＷＤにフィルタあるいはスナバなどの過電圧保護回路を付加することも有効である。図２１の回路構成では、巻線が複雑になること、巻線の効率が低下することには注意を要する。また、制御回路においても各種の変形、応用が可能である。例えば、図１９において、モータの各巻線の抵抗値が大きい場合は、直流電圧源５Ａの電圧を零ボルトにすることも可能である。すなわち、直流電圧源５Ａを排除することである。あるいは、直流電圧源をスナバ回路に置き換えることもできる。
【００７８】
以上説明したように、図４、図７などに示したモータはステータ磁極群の数が６の場合について示した。この時、電気角３６０°の間にロータ突極を２個配置しているモータ構成では、電磁気的に１８０°で対称構造となる。従って、各巻線の電流についても電気角で１８０°の位相差に相当する巻線の電流の大きさは同じで逆向きの電流となり、直列に接続して通電することができる。ステータ磁極群の数Ｍが６である図４、図７のモータの場合、Ｍ／２＝３となり、３個離れた巻線と直列に接続し、電流を通電することになる。例えば、ステータ磁極群の数Ｍが８であるモータの場合、Ｍ／２＝４となり、４個離れた巻線と直列に接続し、電流を通電することになる。Ｍの値が４あるいは１０等の場合も同様である。またこの時、ロータ突極の数は、図４および後に図２６、図２７、図２８、図２９に示すように偶数であれば同様の位相の関係となる。
【００７９】
次に、図１９、図２０、図２１の駆動回路の電気エネルギーの供給能力、すなわち、これらの回路のトランジスタの電流容量の低減効果について説明する。
まず、図４、図１のモータについて、各巻線の電圧、電流、パワー、トルクについて説明する。図４のモータが一定回転で回転していて、図９の状態に差し掛かった状態を想定する。磁束は図１２の状態で、巻線はＷ１とＷ４が逆方向に直列に接続した巻線をＷ１４とし、巻線Ｗ５とＷ２が逆方向に直列に接続した巻線をＷ５２とする。図１２において巻線Ｗ２とＷ４は磁束Ｓ３１と鎖交し、巻線Ｗ１とＷ５は鎖交していない。従って、巻線Ｗ１４とＷ５２とが鎖交する磁束の量は同じである。なおこの時、巻線Ｗ３の電流は零である。
【００８０】
ここで、ステータ突極とロータ突極とが対向する部分の磁束密度をＢｘ、各相の巻線巻回数Ｎｗ、巻線Ｗ１４と巻線Ｗ５２のそれぞれに通電する電流Ｉｘ、１相の巻線の電圧Ｖｘ、磁束密度の電流に対する比例係数Ｋｂ、ステータ突極とロータ突極のロータ軸方向の厚みｔｃ、ロータの回転角速度ωｒ、ロータ半径Ｒとすると、磁束密度Ｂｘと鎖交磁束φは、概略的に、次式で与えられる。なお、図９の巻線Ｗ３の電流Ｉ３は零とする。時間はｔで示し、微少量をΔで示し、微小時間をΔｔで示す。
ωｒ＝ｄθｒ／ｄｔ                                                （１）
Ｖｘ＝Ｎｗ×ｄφ／ｄｔ                                            （２）
＝Ｎｗ×ｄφ／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔ                            （３）
＝Ｎｗ×ｄφ／ｄθｒ×ωｒ                                    （４）
Ｂｘ＝Ｋｂ×Ｉｘ×Ｎｗ                                            （５）
【００８１】
（４）の電圧式に表れる鎖交磁束φのロータ角度変化率ｄφ／ｄθｒは、次式となる。
ｄφ／ｄθｒ≒Δφ／Δθｒ
＝（ｔｃ×ωｒ×Δｔ×Ｒ×Ｂｘ）／（ωｒ×Δｔ）
＝（ｔｃ×ωｒ×Δｔ×Ｒ×Ｋｂ×Ｉｘ×Ｎｗ）／（ωｒ×Δｔ）  （６）
＝ｔｃ×Ｒ×Ｋｂ×Ｉｘ×Ｎｗ                                  （７）
この時、入力電力Ｐｉｎは、巻線抵抗Ｒａを零、鉄損Ｐｆｅを零、モータの機械損を零と仮定し、ロータとステータとの間のエアギャップは十分小さいとし、次式となる。
Ｐｉｎ＝２×Ｖｘ×Ｉｘ＝２×Ｎｗ×ｄφ／ｄｔ×Ｉｘ                （８）
ここで、係数の２は、Ａ相巻線とＣ相巻線で電力を供給するので、片側の巻線の電力を計算し、２倍しているものである。
【００８２】
また、機械的な出力Ｐｏｕｔは次式となる。
Ｐｏｕｔ＝Ｔ×ωｒ                                                （９）
従って、これらの式から、線形動作領域ＡａにおけるモータのトルクＴは次式で与えられる。
Ｔ＝２×Ｎｗ×ｄφ／ｄｔ×Ｉｘ／ωｒ
＝２×Ｎｗ×ｄφ／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔ×Ｉｘ／ωｒ
＝２×Ｎｗ×（ｔｃ×Ｒ×Ｋｂ×Ｉｘ×Ｎｗ）×ωｒ×Ｉｘ／ωｒ
＝２×Ｎｗ×ｔｃ×Ｒ×Ｋｂ×Ｎｗ×Ｉｘ2                         （１０）
【００８３】
線形動作領域ＡａでのトルクＴは、磁束密度の比例係数Ｋｂに比例し、電流Ｉｘの二乗に比例する値となる。
一方、前記エアギャップ部近傍の軟磁性体が磁気飽和している非線形動作領域ＡｓでのトルクＴについて、飽和磁束密度をＢｓａｔとして求める。鎖交磁束φのロータ角度変化率ｄφ／ｄθｒは次式となる。
ｄφ／ｄθｒ≒Δφ／Δθｒ
＝（ｔｃ×ωｒ×Δｔ×Ｒ×Ｂｓａｔ）／（ωｒ×Δｔ）
＝ｔｃ×Ｒ×Ｂｓａｔ                                  （１１）
【００８４】
トルクを発生している巻線の電圧Ｖｘは、次式で与えられる。
Ｖｘ＝Ｎｗ×ｄφ／ｄｔ
＝Ｎｗ×ｄφ／ｄθｒ×ｄθｒ／ｄｔ
＝Ｎｗ×ｔｃ×Ｒ×Ｂｓａｔ×ωｒ                              （１２）
モータの入力電力Ｐｉｎおよび出力トルクＴは次式となる。
Ｐｉｎ＝２×Ｖｘ×Ｉｘ＝Ｔ×ωｒ                                  （１３）
＝２×Ｎｗ×ｔｃ×Ｒ×Ｂｓａｔ×Ｉｘ×ωｒ                  （１４）
トルクＴは次式で与えられる。
Ｔ＝２×Ｎｗ×Ｖｘ×Ｉｘ／ωｒ
＝２×Ｎｗ×ｔｃ×Ｒ×Ｂｓａｔ×ωｒ×Ｉｘ／ωｒ
＝２×Ｎｗ×ｔｃ×Ｒ×Ｂｓａｔ×Ｉｘ                            （１５）
【００８５】
軟磁性体の非線形動作領域ＡｓでのトルクＴは、飽和磁束密度Ｂｓａｔと電流Ｉｘに比例した値になる。図５のトルク特性では、動作点ＴｎからＴｓの領域である。当然、この最大トルクＴは各相の巻線巻回数Ｎｗ、モータのロータ軸方向の厚みｔｃ、ロータ半径Ｒにも比例する。
なお、近年のモータ設計は、小型化、低コスト化、軽量化を要求されることが多く、モータの磁気回路設計において磁気飽和領域まで活用することが多くなっている。
図２５は珪素鋼板などの軟磁性体の磁界の強さＨ［Ａ／ｍ］と磁束密度Ｂ［Ｔ］の特性例を示す。動作点Ｐ１は１．０Ｔ程度で磁気的に線形な領域である。動作点Ｐ２は１．７Ｔ程度で磁気的に比較的線形な領域である。動作点Ｐ３は磁気的に非線形な領域であり、モータがピークトルクを発生する時の動作点はこのような非線形な領域であることが少なくない。本発明のモータ例においても、このような電磁気的に非線形な領域で使用することを含めて説明している。
【００８６】
ここで重要なことは、図１９、図２０、図２１の駆動回路で図４のモータを駆動するとき、（８）式で示されるように巻線電流Ｉｘと電圧Ｖｘの２倍の電力を供給できる点である。しかも、図１９、図２１の駆動回路ではトランジスタの数が３個であり、図４５に示す従来のブラシレスモータの駆動回路に比較して、トランジスタの電流容量を大幅に低減できることになる。すなわち、同一のモータ出力を得るときに、図４３、図４４、図４５、図４６に示す従来のモータシステムに比較し、本発明モータシステムでは、トランジスタの総電流容量を原理的に１／２あるいは１／４に低減が可能である。そして、駆動回路の小型化、低コスト化、高効率化が可能である。以下にその理由を示す。
【００８７】
図４などに示す本発明モータとその制御装置の大きな技術的な特徴は、各巻線電流が直流であること、各巻線の電流が隣接する両隣のステータ磁極のトルク発生に寄与できる構成で兼用していること、３個の直流電流の増減で時計回転方向ＣＷと反時計回転方向ＣＣＷ及び正トルクと逆トルクの４象限運転が可能なことである。
これらの特性は、モータ構成と制御装置構成が密接な関係となっていて、制御回路の小型化を実現することができる。図１９の制御装置の場合の例を挙げて説明する。直流電圧源２Ｅの電圧が２００Ｖで、各トランジスタの電流容量が１０Ａであると仮定する。
【００８８】
今、図４に示すモータのロータがある回転数ωｒで回転していて、図９に示す回転位置θｒ＝９０°に差し掛かった回転位置であり、巻線Ｗ１、Ｗ２と巻線Ｗ４、Ｗ５、すなわち２個の巻線を直列接続した巻線Ｗ１４と巻線Ｗ５２のそれぞれの巻線へ１０Ａの電流が通電されると仮定する。この時、ステータ磁極と対向するロータ磁極との間の磁束密度は、１０Ａの電流により磁気飽和していて飽和磁束密度である約２．０Ｔであるものとする。巻線Ｗ１４と巻線Ｗ５２の電圧Ｖｘは（１２）式で示される。ここで、図４の（ａ）に図示して示されるように、巻線Ｗ１４と巻線Ｗ５２の鎖交磁束φは同じ値であり、鎖交磁束φの回転変化率ｄφ／ｄｔも同じ値である。そして、（１２）式で表される電圧が丁度２００Ｖであると仮定する。この時、インバータの出力であり、モータの入力でもある電力Ｐ１は、次式となる。
Ｐ１＝（２００Ｖ）×（１０Ａ）×（２巻線）                    （１６）
＝４０００  [ Ｗ ]
【００８９】
一方、図４５に示した従来の３相交流の制御回路は通常良く使用されており、比較する。この制御回路に接続した３相交流モータを星形結線したものと、その最大出力について検証する。直流電圧源２Ｅの電圧は２００Ｖとし、各トランジスタの電流容量は１０Ａとする。例えば、Ｕ相巻線４５ＥからＶ相巻線４５Ｆへ２００Ｖを印加し、最大電流１０Ａを通電したと仮定すると、その時のモータの入力電力Ｐ２は次式となる。
Ｐ２＝（２００Ｖ）×（１０Ａ）                                （１７）
＝２０００  [ Ｗ ]                                        （１８）
なお、Ｕ相巻線４５ＥからＶ相巻線４５ＦとＷ相巻線４５Ｇとへ半分づつ通電する場合もおおよそ同程度の電力供給である。すなわち、図４５のシステムにおいて、モータ巻線の誘起電圧が直流電圧源２Ｅに近い値の時で、使用しているトランジスタの最大電流と３相正弦波電流のピーク電流とが同じになる程度に３相正弦波電流を通電すると、３相電流の位相に関わらず、おおよそ同程度のモータ出力が得られる。
【００９０】
図９のモータと図１９の制御回路の組み合わせと図４５の通常の３相交流モータとインバータとを比較すると、３個のトランジスタで４０００Ｗの出力と６個のトランジスタで２０００Ｗの出力であり、トランジスタ１個あたりの出力を比較すると、４倍となる。同一出力の条件で比較すると、図９のモータと図１９の制御装置は、半分のトランジスタ数の３個で済み、かつ、トランジスタの電流容量は半分の５Ａで、同一出力の２０００Ｗを出力できることになる。なおここで、図１９の構成では、直流電圧源５Ａが必要であり、トランジスタ２４、２５、２６の耐電圧は２００Ｖより大きな値が必要であることには注意を要する。しかし、トランジスタの価格は電流容量の依存性の方が大きく、例えば耐電圧を２倍としても価格はそれほど上がらないことが多い。
【００９１】
自動車用のバッテリ電圧１２Ｖで駆動する自動車の補機用のモータは、通常４０個から１００個以上も使用されている。図２のＤＣ−ＤＣコンバータを複数のモータで共用し、各モータの駆動をそれぞれ３個のトランジスタで駆動する場合、駆動装置を大幅に簡素化できる。
また、電気自動車、ハイブリッド自動車等において、自動車駆動用に２個以上のモータが使用されることも多い。通常、市街地走行モードでの燃費、即ち駆動効率が問題とされる。自動車の種類にもよるが、市街地走行モードではモータの最大トルクの１／２以下であることが多い。従って、回生時のモータ側発電容量、即ち、回生容量は急加速時の最大出力容量に比較して１／２以下の容量で十分である。自動車が急減速しなければならないときには、安全上の観点でも、機械式のブレーキ機能を併用して使用すれば良いと考えることが出来る。
【００９２】
この様な観点で、図２に示すようなＤＣ−ＤＣコンバータは、複数のモータで共用することが可能であり、１台のモータ駆動用の駆動回路は、３個のトランジスタ２４、２５、２６と３個のダイオード２７、２８、２９であると見ることが出来る。従って、図２の破線に示すインバータはトランジスタ３個とダイオード３個でモータを１台駆動することが可能な簡素なインバータであり、低コスト化が可能である。同時に、電流の順方向電圧降下、回生時のダイオードでの電圧降下も、図４５に示すような通常の３相交流インバータに比較すると、約ｌ／２であり、効率が良く、発熱が少ないという点でもインバータの小型化が可能である。
【００９３】
次に、図２０に示す制御回路の場合について説明する。
先に説明したように直流の３相インバータである。図２０の制御装置の場合、図１９で示したようなＤＣ−ＤＣコンバータは不要となる。今、図９の状態において、直流電圧源２Ｅの電圧が２００Ｖで、各トランジスタの電流容量が１０Ａの時、直列接続した巻線Ｗ１４と巻線Ｗ５２のそれぞれの巻線へ最大電圧、最大電流を出力するとき、電源側からモータ側へ供給される最大出力Ｐ３は、次のようになる。
Ｐ３＝（２００Ｖ）×（１０Ａ）×（２巻線）                    （１９）
＝４０００  [ Ｗ ]
【００９４】
前記の図４５の３相交流インバータへ３相交流モータを星形結線で接続した構成では、最大出力Ｐ２が２０００Ｗだったので、図９のモータと図２０では２倍出力できることになる。同一出力の場合、１／２の電流容量すなわち５Ａの電流容量で同程度の出力が可能なことになる。モータシステムとして、この場合にも従来のモータシステムに比較して大幅な低コスト化が可能となる。
図２１の制御回路の場合は、図１９の制御回路に比較し直流電圧源５Ａが不要となるので、制御回路はさらにコストを低減することができる。しかし、巻線がバイファイラ巻きとなるためやや複雑となり、巻線抵抗が大きくなり電流の波形率が下がるのでジュール損である銅損が増加することには注意を要する。
【００９５】
なお、直流モータの場合でも、その可変速４象限運転には４個のトランジスタが必要である。直流モータの制御回路の具体的なシステム構成は、例えば図４５において、４５５、４５６、４５Ｂ、４５Ｃを取り除き、巻線４５Ｅと４５Ｆを直流モータの巻線に置き換えた構成である。正逆の回転方向へのトルク発生が可能である。この時、その各トランジスタの電流容量は、本発明モータと図２０の制御装置で使用するトランジスタの電流容量の２倍の電流容量が必要であり、本発明のモータシステムの制御回路の方が相対的に６／（４×２）＝６／８の電流容量となり、低コスト化、小型化が可能である。また、直流モータの場合と比較して、図４の本発明モータと図２０の制御装置の組み合わせの場合には相対的に３／８の電流容量となり、本発明はさらに低コスト化が可能であることになる。
【００９６】
図４に示すモータの特徴は、環状の巻線なので巻線製作が容易であること、巻線占積率を大きくし易いこと、直流電流で駆動できること、駆動回路の総電流容量を低減できること等があげられる。また、図４のモータで駆動回路の総電流容量を低減できる理由は、各ステータ磁極を通過する磁束は交番せず片方向の磁束であること、各相巻線が直流電流であり各相巻線のスロットが隣接する両隣の２つのステータ磁極の励磁に共用していること、通電動作している２個の巻線の鎖交磁束が同一であることなどがあげられる。
【００９７】
（実施例３）
次に、請求項３の発明に関わる技術について説明する。
図１０が電気角３６０°の間に位相の異なるステータ突極が６個と位相の異なるロータ突極が２種類であるのに比較し、図２２は電気角３６０°の間に位相の異なるステータ突極が４個と位相の異なるロータ突極が１種類である。ステータ突極Ｔ４１、Ｔ４２、Ｔ４３、Ｔ４４は相互に９０°の位相差を持つように配置し、ロータ突極Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４３、Ｒ４４は同一の位相に配置している。環状形状の巻線Ｗ４１、Ｗ４２、Ｗ４３は、図４のモータと同様に、各ステータ磁極群のロータ軸方向の間に形成される各スロットに配置している。電気角３６０°の間に配置するステータ突極の数は偶数でロータ突極の数が１である例である。
【００９８】
図６のモータの動作は、この回転位置θｒ＝１８０°ではステータ突極Ｔ４２を励磁することによりロータ突極Ｒ４２との間に磁束φ４２が発生し吸引力が発生し、ロータ突極Ｒ４２へ紙面で右側へ力が作用する。ステータ突極Ｔ４２を励磁する方法は、巻線Ｗ４１と巻線Ｗ４２へその矢印で示す方向の直流電流Ｉ４１とＩ４２を通電すればよい。この時、磁束φ４２は、図４に示すようなロータのバックヨークを通り、他のロータ突極Ｒ４３とステータ突極Ｔ４３、あるいは、Ｒ４４とＴ４４を通りステータのバックヨークを通り、ステータ突極Ｔ４２へ戻って一巡する磁束φ４２を形成する。この時、ステータ突極Ｔ４３、Ｔ４４は、Ｔ４２とは逆方向のトルクを発生することになるが、各ロータと対向する部分のＴ４３、Ｔ４４の磁路面積の和ＳＳ３４が、ステータ突極Ｔ４２がロータ突極Ｔ４２に対向する面積ＳＳ２より十分に大きく、ステータ突極Ｔ４３、Ｔ４４の磁束密度は十分に小さく、ステータ突極Ｔ４３、Ｔ４４が発生する負トルクは実用的に問題とならない。Ｔ４３、Ｔ４４がロータに対向する部分の磁束密度は、ステータ突極Ｔ４２がロータに対向する部分の磁束密度の（ＳＳ２／ＳＳ３４）となる。
【００９９】
図２２に示すモータでは、回転させたい方向へトルクを発生することができるステータ突極を励磁してトルクを発生し、その時に発生する磁束φは他のステータ突極とロータ突極を通って一巡させる構成としている。この時の必要条件は、他のステータ突極が発生する負トルクが十分小さいことである。図２２において、ロータが図示するロータ回転位置θｒから回転移動すると、図７、図８、図９で示したように、順次励磁するステータ突極を変更して連続回転トルクを得ることができる。
【０１００】
図１０が電気角３６０°の間に位相の異なるステータ突極が６個と位相の異なるロータ突極が２種類であるのに比較し、図２３は電気角３６０°の間に位相の異なるステータ突極が６個と位相の異なるロータ突極が１種類である。ステータ突極Ｔ６１、Ｔ６２、Ｔ６３、Ｔ６４、Ｔ６５、Ｔ６６は相互に６０°の位相差を持つように配置し、ロータ突極Ｒ６１、Ｒ６２、Ｒ６３、Ｒ６４、Ｒ６５、Ｒ６６は同一の位相に配置している。環状形状の巻線Ｗ６１、Ｗ６２、Ｗ６３、Ｗ６４、Ｗ６５は、図４のモータと同様に、各ステータ磁極群のロータ軸方向の間に形成される各スロットに配置している。電気角３６０°の間に配置するステータ突極の数は偶数でロータ突極の数が１である例である。
【０１０１】
図２３のモータの動作は、この回転位置θｒ＝１５０°ではステータ突極Ｔ６２を励磁することによりロータ突極Ｒ６２との間に磁束φ６２が発生し吸引力が発生し、ロータ突極Ｒ６２へ紙面で右側へ力が作用する。同時に、ステータ突極Ｔ６３を励磁することによりロータ突極Ｒ６３との間に磁束φ６３が発生し吸引力が発生し、ロータ突極Ｒ６３へ紙面で右側へ力が作用する。
ここで、ステータ突極Ｔ６２を励磁する方法は、巻線Ｗ６１と巻線Ｗ６２へその矢印で示す逆方向の直流電流Ｉ６１とＩ６２を通電し、磁束φ６２を励磁すればよい。また、ステータ突極Ｔ６３を励磁する方法は、巻線Ｗ６２と巻線Ｗ６３へその矢印で示す方向の直流電流Ｉ６２とＩ６３を通電し、磁束φ６３を励磁すればよい。巻線Ｗ６３の電流は前記の２つの電流成分の和を通電することになる。
【０１０２】
この時、磁束φ６２とφ６３とはそれらの方向が逆方向なので、磁束φ６３はステータ突極Ｔ６３を通り、ステータのバックヨークを通り、ステータ突極Ｔ６２を通り、ロータ突極Ｒ６２を通り、ロータのバックヨークを通り、ロータ突極Ｒ６３を通りステータ突極Ｔ６３へ戻る。しかし、図２３から明らかなように、ステータ突極とロータ突極とが対向している部分の面積および通過する磁束は、ステータ突極Ｔ６２の方が電気角で６０°分だけステータ突極Ｔ６３より大きい。従って概略で、（φ６２−φ６３）の磁束はアンバランスであり、他のステータ突極Ｔ６１、Ｔ６４、Ｔ６５、Ｔ６６を通るようにする。これらのステータ突極Ｔ６１、Ｔ６４、Ｔ６５、Ｔ６６がロータ突極と対向する部分の面積和は十分に大きく、相対的に磁束密度は小さいので、発生する力は比較的小さく実用的に問題とならない。
【０１０３】
図２３に示すモータでは、回転させたい方向へトルクを発生することができる２組のステータ突極を励磁してトルクを発生し、その時に発生する磁束φのアンバランス分は他のステータ突極とロータ突極を通って一巡させる構成としている。この時の必要条件は、他のステータ突極が発生する負トルクが十分小さいことである。図２３のモータ構成より分かるように、ロータ軸方向に隣接する２個ないし３個のステータ突極群を励磁することにより、そのそれぞれのステータ磁極で同一回転方向のトルクを発生することができる。
また、図２３において、ロータが図示するロータ回転位置θｒから回転移動すると、図７、図８、図９で示したように、順次励磁するステータ突極を変更して連続回転トルクを得ることができる。また、図示しないが、図２３と類似した考え方のモータとして、電気角３６０°の間にステータ突極を８、１０などの偶数とすることも可能である。
【０１０４】
（実施例４）
次に、請求項４の発明に関わる技術について説明する。
図１０は電気角３６０°の間に位相の異なるステータ突極が６個と位相の異なるロータ突極が２種類であるのに比較し、図２４は電気角３６０°の間に位相の異なるステータ突極が５個と位相の異なるロータ突極が１種類である。ステータ突極Ｔ５１、Ｔ５２、Ｔ５３、Ｔ５４、Ｔ５５は相互に７２°の位相差を持つように配置し、ロータ突極Ｒ５１、Ｒ５２、Ｒ５３、Ｒ５４、Ｒ５５は同一の位相に配置している。環状形状の巻線Ｗ５１、Ｗ５２、Ｗ５３、Ｗ５４は図４のモータと同様に、各ステータ磁極群のロータ軸方向の間に形成される各スロットに配置している。電気角３６０°の間に配置するステータ突極の数は奇数でロータ突極の数が１である例である。
【０１０５】
図２４のモータの動作は、この回転位置θｒ＝１４４°ではステータ突極Ｔ５２を励磁することによりロータ突極Ｒ５２との間に磁束φ５２が発生し吸引力が発生し、ロータ突極Ｒ５２へ紙面で右側へ力が作用する。同時に、ステータ突極Ｔ５３を励磁することによりロータ突極Ｒ５３との間に磁束φ５３が発生し吸引力が発生し、ロータ突極Ｒ５３へ紙面で右側へ力が作用する。図２３で示したモータと類似した作用である。
ここで、ステータ突極Ｔ５２を励磁する方法は、巻線Ｗ５１と巻線Ｗ５２へその矢印で示す方向の直流電流Ｉ５１とＩ５２を通電し、磁束φ５２を励磁すればよい。また、ステータ突極Ｔ５３を励磁する方法は、巻線Ｗ５２と巻線Ｗ５３へその矢印で示す方向の直流電流Ｉ５２とＩ５３を通電し、磁束φ５３を励磁すればよい。巻線Ｗ５３の電流は前記の２つの電流成分の和を通電することになる。
【０１０６】
この時、磁束φ５２とφ５３とはそれらの方向が逆方向なので、磁束φ５３はステータ突極Ｔ５３を通り、ステータのバックヨークを通り、ステータ突極Ｔ５２を通り、ロータ突極Ｒ５２を通り、ロータのバックヨークを通り、ロータ突極Ｒ５３を通りステータ突極Ｔ５３へ戻る。しかし、図２４から明らかなように、ステータ突極とロータ突極とが対向している部分の面積および通過する磁束は、ステータ突極Ｔ５２の方が電気角で７２°分だけステータ突極Ｔ５３より大きい。従って概略で、（φ５２−φ５３）の磁束はアンバランスであり、他のステータ突極Ｔ５１、Ｔ５４、Ｔ５５を通るようにする。
これらのステータ突極Ｔ５１、Ｔ５４、Ｔ５５がロータ突極と対向する部分の面積和は十分に大きく、相対的に磁束密度は小さいので、発生する力は比較的小さく実用的に問題とならない。
【０１０７】
図２４に示すモータでは、回転させたい方向へトルクを発生することができる２組のステータ突極を励磁してトルクを発生し、その時に発生する磁束φのアンバランス分は他のステータ突極とロータ突極を通って一巡させる構成としている。この時の必要条件は、他のステータ突極が発生する負トルクが十分小さいことである。図２４のモータ構成より分かるように、ロータ軸方向に隣接する２個のステータ突極群を励磁することにより、そのそれぞれのステータ磁極で同一回転方向のトルクを発生することができる。
また、図２４において、ロータが図示するロータ回転位置θｒから回転移動すると、図７、図８、図９で示したように、順次励磁するステータ突極を変更して連続回転トルクを得ることができる。
【０１０８】
また、図示しないが、図２４と類似した考え方のモータとして、電気角３６０°の間にステータ突極を７、９、１１などの奇数とすることも可能である。
また、図２３のモータにおいて、同一方向の磁束を誘起するステータ突極であるＴ６１、Ｔ６３、Ｔ６５の配置を相互に入れ替えることも可能である。同様に、同一方向の磁束を誘起するステータ突極であるＴ６２、Ｔ６４、Ｔ６６の配置を相互に入れ替えることも可能である。各巻線の電流成分が重畳しないような配置とすることにより、トランジスタの電流容量の低減効果、電流の応答性の改善、銅損の低減が可能である。この入れ替え構成とその効果は図２２、図２４などのモータについても同様である。
【０１０９】
次に、図２６に、６個のステータ突極と４個のロータ突極と直流電流で駆動する３組の巻線のモータを示し説明する。
先に、本願発明者らにより、特願２００８−２９２１４２および特願２００９−１１９０６３において特許出願済みの技術であり、その詳細を開示している。また、図１のモータとは異なる構成であるが、類似する点も多い。
図２６のモータのステータ突極Ｍ７７、Ｍ７８、Ｍ７９、Ｍ７Ａ、Ｍ７Ｂ、Ｍ７Ｃは電磁気的にロータに作用する。
【０１１０】
各ステータ突極に挟まれた各スロットには各巻線を巻回する。Ｍ７１とＭ７４はＡ相巻線であり、破線でそのコイルエンド部の巻線経路を示している。各相の巻線には、電流のシンボルで示しているように、そのシンボルの方向の片方向電流を通電して制御する。すなわち、交流ではなく、直流電流制御を行うモータである。Ｍ７３とＭ７６はＢ相巻線であり、破線でそのコイルエンド部の巻線経路を示している。Ｍ７５とＭ７２はＣ相巻線であり、破線でそのコイルエンド部の巻線経路を示している。これらの巻線は、電気角１８０°ピッチで全節巻きで巻回し、それぞれ１個のスロットに集中して巻回しているので集中巻きである。
【０１１１】
ロータＭ７Ｄには、軟磁性体の４個の突極を備えている。なお、図１では、電磁気的作用を視覚的に理解しやすいようにステータとロータとの突極の数が最小の例を示しているが、モータの小型化のため８極、１６極などに多極化したモータ構成として使用することも多い。Ａ相の正の巻線中心からロータ磁極の反時計回転方向の端部までの角度をロータ回転位置θｒとする。また、ステータとロータとの突極の円周方向幅は約３０°の例について示しているが、それらの角度、形状については変形することもできる。
【０１１２】
図２６に示すモータは、ロータが方向により磁気抵抗が異なることを利用してトルクを発生させるリラクタンスモータである。永久磁石を使用しておらず、安価である。突極１Ｅ、１Ｈの向きは磁気抵抗が小さく、１Ｄの空間部の方向は磁気抵抗が大きい。図２６の回転位置θｒにおいて矢印Ｍ７Ｆで示す反時計回転方向ＣＣＷへトルクを発生させる場合、Ａ相巻線Ｍ７１、Ｍ７４とＣ相巻線Ｍ７５、Ｍ７２へシンボルの方向へ電流を通電することにより、ステータ突極Ｍ７Ａからステータ突極Ｍ７７の方向へ矢印Ｍ７Ｅで示す磁束φａが誘起され、ステータ磁極とロータ突極の間に吸引力が発生し矢印Ｍ７Ｆで示すＣＣＷ方向のトルクが発生する。そして、ロータの回転に伴い、順次、各巻線電流を通電することにより連続的な回転トルクを発生させることができる。なお、後ほど説明するように、図２６のモータに永久磁石を付加してモータの力率改善、トルク向上、効率向上を実現することもできる。
【０１１３】
次に、図２６のモータ構成を変換して、環状巻線を使用する図４のようなモータ構成とすることができる。そのモータのステータ突極とロータ突極とが対向する面の円周方向形状を直線状に展開した図を図２７に示す。図２７のモータは、図７と同様な表現であり、各相ステータ突極ＴＦ１、ＴＦ２、ＴＦ３、ＴＦ４、ＴＦ５、ＴＦ６は相互に円周方向に電気角で６０°の位相差を付けて配置している。各相ロータ突極ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３、ＲＦ４、ＲＦ５、ＲＦ６は相対的に同一の位相に配置している。ステータとロータの相対的位置関係は、紙面の表側にステータがあり、紙面の裏側にロータ磁極があることを想定している。各巻線ＷＦ１、ＷＦ２、ＷＦ３、ＷＦ４、ＷＦ５は各相のステータ突極の間のスロットに配置し、各巻線の電流の方向はそれぞれの矢印の方向である。図４のロータ軸１の紙面で上側が出力軸であるとすると、巻線ＷＦ１の電流方向は出力軸側から見て反時計回転方向ＣＣＷであり、巻線Ｗ２の電流方向は時計回転方向ＣＷである。
【０１１４】
図２７のモータ構成は電気角３６０°の間に、各相のステータ突極ＴＦ１、ＴＦ２、ＴＦ３、ＴＦ４、ＴＦ５、ＴＦ６を１個づつ配置し、ロータ突極ＲＦ１、ＲＦ２、ＲＦ３、ＲＦ４、ＲＦ５、ＲＦ６をそれぞれ４個配置している。そして、各ステータ突極のロータ軸方向の隙間であるスロットに環状の巻線ＷＦ１、ＷＦ２、ＷＦ３、ＷＦ４、ＷＦ５を配置している。この図２７のモータ構成は、形状等は異なるが、図２６のモータと相対的に類似の電磁気的な関係である。
ここで、図２７のモータ構成は、各巻線の電流方向が片方向の直流であって、各ステータ突極の磁気的特性も同一方向の磁束が通る特性であることから、各ロータ突極ごとに同相のステータ突極を付加することが可能である。各相のステータ突極ＴＦ１、ＴＦ２、ＴＦ３、ＴＦ４、ＴＦ５、ＴＦ６を４倍に増加した構成を図２８に示す。この時、トルクは図２７の構成のモータに比較し４倍のトルクとなる。このようにステータ突極を追加でき、トルクを増大できることも本発明モータの特徴である。
【０１１５】
また、図２８のモータ構成を図７のモータ構成と比較すると、電磁気的に類似の構成であり、ほぼ同等の特性であることが分かる。図２８のモータ構成が図７のモータ構成と異なる点は、ロータ回転位置θｒの電気角角度が１／２になっている点、各ステータ突極の円周方向幅の角度が２／３になっている点、ステータ突極ＴＦ２とＴＦ３のロータ軸方向配置が逆でステータ突極ＴＦ５とＴＦ６のロータ軸方向配置が逆となっている点、ステータ突極のロータ軸方向配置が異なることに起因して通電すべき各電流のタイミングが異なる点である。これらは呼称の差異、設計上の差異であり、モータの本質的なものではなく、図２８と図７のモータは同一種類のモータである。図２８および図７のモータでは、各ステータ突極のロータ軸方向配置をそれぞれに入れ替えることができる。
【０１１６】
次に、図２８のロータを紙面で右側にトルクを発生させ、回転駆動する方法について説明する。図２８のロータ回転位置θｒ＝０°では、ステータ突極ＴＦ１とＴＦ４とを励磁することによりステータ突極とロータ突極を通る磁束を励磁し、吸引力を発生させ、トルクを発生することができる。ステータ突極ＴＦ１とＴＦ４とを励磁するため、巻線ＷＦ１とＷＦ３とＷＦ４へ各矢印で示した方向で同一の電流値だけ通電すればよい。ステータ突極ＴＦ１を通る磁束はステータ突極ＴＦ４を通って一巡する。電流値の大きさによりトルクの大きさが変わる。
【０１１７】
次に、図２８のロータ回転位置θｒ＝４５°でロータを紙面で右側にトルクを発生させる場合、ステータ突極ＴＦ３とＴＦ６とを励磁することによりステータ突極とロータ突極を通る磁束を励磁し、吸引力を発生させ、トルクを発生することができる。ステータ突極ＴＦ３とＴＦ６とを励磁するため、巻線ＷＦ２とＷＦ３とＷＦ５へ各矢印で示した方向で同一の電流値だけ通電すればよい。ステータ突極ＴＦ３を通る磁束はステータ突極ＴＦ６を通って一巡する。電流値の大きさによりトルクの大きさが変わる。なお、図２８の電磁気的な動作は、図９のロータ回転位置θｒ＝９０°の動作と類似した関係となっている。
【０１１８】
なお、図７および図２８などのモータにおいて、電流を通電する各巻線の電流値が同じ値である駆動法について説明したが、必ずしも同一の電流である必要はなく、基本的な駆動法を説明したものである。現実には、アンバランスな電流で駆動することが可能であり、その時にはアンペアの法則に従って各ステータ突極、ロータ突極に種々磁束が誘起され、各部で発生するトルクの合計値としてモータトルクが得られる。特に高速回転では、電流の応答性の限界の問題、騒音を低減するための電流通電方法などの諸要求により、低速回転での基本的なトルク発生アルゴリズムとは異なる電流制御方法が必要であり、可能である。
【０１１９】
（実施例５）
次に、請求項５の発明に関わる技術について説明する。
図１７は図４と図８と図１１に示したモータを変形した例である。図１７では、図８のステータ突極Ｔ１がステータ突極Ｔ１ＡとＴ１Ｂに分割され、ロータ突極Ｒ１がロータ突極Ｒ１ＡとＲ１Ｂに分割され、巻線Ｗ６が追加されている。図４と図１７のモータ特性はほぼ等価である。断面ＥＥ−ＥＥのモータ縦断面図は図１８となり、Ａ相磁束φａは磁束Ｍ４３とＭ４４とに分割される。磁束Ｍ４５はｄ相磁束φｄである。前記の分割されたステータ突極とロータ突極のロータ軸方向幅は、図１８においてＭ４６＝Ｍ４１＋Ｍ４２として、図４のモータと電磁気的に等価な構成としている。図１７、図１８の構成では、巻線Ｗ６が磁気回路の内部に位置するので省略することはできない。
【０１２０】
なお、巻線Ｗ６が必要な場合は、図１３、図１４の駆動回路において巻線Ｗ６に電流を通電するトランジスタおよびダイオードを他の巻線と同様に付加する必要がある。また、図１８の構成のモータは、図１のモータにおいて巻線１１と巻線１２の中間部でステータ磁極１７とバックヨークを円周方向に磁気的に分割した構成に相当する。
また、図４、図１８では６種類のステータ磁極を持つモータについて説明したが、図４４など従来のモータが３相交流モータだけでなく２相交流モータ、４相交流モータ、５相交流モータを３相モータの拡張として実現できるように、図４、図１８のステータ磁極の種類についても４種類、５種類、７種類、８種類などの構成についても実現することができる。
【０１２１】
（実施例６）
次に、請求項６および請求項７の発明に関わる技術について説明する。
ステータ突極図３０は、図５の断面図の一部を拡大した図であり、同一相のステータ突極Ｌ１Ａとロータ突極Ｌ１Ｂを示している。ステータ突極Ｌ１Ａおよびロータ突極Ｌ１Ｂを通過する磁束を増大することにより、発生トルクを増大する技術である。図３０は図４の断面ＥＡ−ＥＡの一部でもあり、巻線の電流により励磁する図４の磁束φａは図３０の太線矢印Ｌ１５で示す磁束である。この磁束φａによりロータを紙面で反時計回転方向ＣＣＷへ作用するトルクを発生する。
【０１２２】
図５および図３０のステータ磁極群における発生トルクの限界の理由の一つは、ステータ突極Ｌ１Ａの磁気飽和、あるいは、ロータ突極Ｌ１Ｂの磁気飽和である。
ステータ突極Ｌ１Ａの磁気飽和を低減するため、永久磁石Ｌ１１、Ｌ１２と軟磁性体Ｌ１３、Ｌ１４を付加している。各永久磁石の磁極の方向は各永久磁石に付記した矢印の方向であり、ステータ突極Ｌ１Ａを通る磁束φａとは逆方向の磁束を生成するように配置している。
【０１２３】
今、ステータ突極のあるロータ回転位置θｒにおける、ステータ突極とロータ突極とが対向する部分のエアギャップ部近傍の磁束密度Ｂｇについて考えてみる。図５の構成の場合、ステータ突極に印加される起磁力が零の場合、磁束密度Ｂｇは零であり、大きな起磁力が印加される場合は例えばＢａである。ステータ突極を通過する磁束φａは磁束密度Ｂ１に比例する。ここでもし、永久磁石Ｌ１１、Ｌ１２によりステータ突極Ｌ１Ａの磁束密度を図３２のＢｃの点にオフセットして励磁しておくことができれば、ステータ突極Ｌ１Ａを通過することのできる磁束を図３２のＢ４に増加することができる。単純原理的には、永久磁石の付加によりトルクを（Ｂ４／Ｂ１）倍に増加することが可能となる。なお、図３２はステータ突極およびロータ突極の軟磁性体の磁気特性で、磁界の強さＨと磁束密度Ｂとの関係を示している。
【０１２４】
さらに、永久磁石Ｌ１１、Ｌ１２によりステータ突極Ｌ１Ａの磁束密度を図３２のＢｂの点までオフセットして励磁しておくことができれば、ステータ突極Ｌ１Ａを通過することのできる磁束を図３２のＢ５に増加することができる。単純原理的には、永久磁石の付加によりトルクを（Ｂ３／Ｂ１）倍に増加することが可能となる。
トルクは（１０）式、（１５）式に示すようにステータ突極とロータ突極とが対向する部分の磁束密度ｇに比例する。また、（１０）式よりステータ突極を通過する磁束φの回転変化率ｄφ／ｄθｒに比例するとも言える。従って、図３２のＢａ点とＢｃ点の差Ｂ４で示したように、磁束φの回転変化率ｄφ／ｄθｒを大きくすることにより、（トルク定数Ｋｔ）＝（トルクＴ）／（電流Ｉ）およびモータの最大トルクを大きくすることができる。トルク定数Ｋｔが大きくなるとモータ電流Ｉを低減できるので、銅損を低減でき、モータ効率の向上、モータの小型化を実現できることにもなる。
【０１２５】
なお、このモータの各巻線の電流値が零であるときには、前記永久磁石Ｌ１１、Ｌ１２が励磁する磁束の大半はステータ内で一巡している。したがって、このモータが空転するときには、モータ内の鉄損が小さいという特徴がある。連れ回りなどによりモータが空転しているときにモータが発生する鉄損が損失となり、問題となる用途は多い。
また、軟磁性体Ｌ１３、Ｌ１４は、図示する方向の磁束を発生する永久磁石であっても良い。永久磁石Ｌ１１、Ｌ１２はステータ突極Ｌ１Ａの周囲に配置することができ、また、部分的であっても良い。
【０１２６】
ロータ突極Ｌ１Ｂについてもステータ突極Ｌ１Ａと同様な構成とすることができ、永久磁石Ｌ１６、Ｌ１７と軟磁性体Ｌ１８、Ｌ１９を付加することができる。もし、永久磁石Ｌ１６、Ｌ１７によりロータ突極Ｌ１Ｂの磁束密度を図３２のＢｃの点にオフセットして励磁しておくことができれば、ロータ突極Ｌ１Ｂを通過することのできる磁束を図３２のＢ４に増加することができる。単純原理的には、永久磁石の付加によりトルクを（Ｂ４／Ｂ１）倍に増加することが可能となる。特に、ロータ突極の場合、ロータ突極の周辺に巻線が配置されていないので、スペース的には永久磁石Ｌ１６、Ｌ１７の付加が容易である。また、ロータ側についても、各巻線の電流値が零であるときには、前記永久磁石Ｌ１６、Ｌ１７が励磁する磁束の大半はロータ内で一巡していて、空転時の鉄損は小さい。なお、トルクの増加はステータ側とロータ側の両方が通過できる磁束を増大する必要があり、片方が磁気飽和する場合にはトルク増大の効果は低減される。
【０１２７】
また、図３１に示すように、図３０で示した永久磁石Ｌ１１、Ｌ１２およびＬ１６、Ｌ１７をステータコアＲ９Ａの内部へ配置し、永久磁石の保持を容易にし、保持強度を向上することもできる。Ｒ９１、Ｒ９２は永久磁石で、軟磁性体Ｒ９３、Ｒ９４はステータコアＲ９Ａと一体化している。ロータ側についても、Ｒ９６、Ｒ９７は永久磁石でロータコアＲ９Ｂの内部に保持している。特にロータ側には遠心力が作用するので、効果は大きい。なお、各永久磁石をステータコアＲ９ＡあるいはロータコアＲ９Ｂで保持する保持部の形状は図３１の形状に限らず、種々の形状が可能である。例えば、図３１に示す永久磁石の保持部形状の一部に開口部を設けて、永久磁石磁束の一部が保持部へ漏れて無駄になる現象を低減することもできる。永久磁石の磁束をより有効に活用することができる。
【０１２８】
（実施例７）
次に、請求項８の発明に関わる技術について説明する。
図３３は、図４の本発明モータ縦断面図の右半分を拡大して示し、永久磁石を付加した図である。ステータ突極Ｔ１を通過する磁束Ｌ３１、ステータ突極Ｔ２を通過する磁束Ｌ３２、ステータ突極Ｔ３を通過する磁束Ｌ３３、ステータ突極Ｔ４を通過する磁束Ｌ３４、ステータ突極Ｔ５を通過する磁束Ｌ３５、ステータ突極Ｔ６を通過する磁束Ｌ３６はそれぞれに片方向磁束である。
環状の形状の各巻線Ｌ３Ｈ、Ｌ３Ｊ、Ｌ３Ｖ、Ｌ３Ｗ、Ｌ３Ｘは、前記各ステータ突極の間のスロットに巻回していて、前記の各磁束を励磁するように片方向電流、すなわち、直流電流を通電して制御する。
【０１２９】
このようなモータ構成、および、図４のモータ構成における技術課題としてステータ突極の磁気飽和の問題がある。磁気飽和によりモータの最大トルクが制約される問題である。例えば、ステータ突極Ｔ２からロータ突極Ｒ２へ磁束Ｌ３２を励磁するために、巻線Ｌ３Ｈへ紙面で表側から裏側へ電流を通電し、巻線Ｌ３Ｊへ紙面で裏側から表側へ電流を通電する。その結果、磁束Ｌ３２が励起されるが、同時に、ステータ突極Ｔ２からステータ突極Ｔ１へ向かう漏れ磁束φＬ２１とステータ突極Ｔ２からステータ突極Ｔ３へ向かう漏れ磁束φＬ２３とが発生する。結局、ステータ突極Ｔ２の部分には、磁束Ｌ３２、φＬ２１、φＬ２３が同一方向の向きで存在し、ステータ突極Ｔ２の磁束密度が大きくなり、磁気飽和する問題が発生する。漏れ磁束φＬ２１、φＬ２３は無効な磁束であり、モータの力率を低下する問題、モータ電圧が増大する問題をも引き起こす。
【０１３０】
これらの問題を解決するため、漏れ磁束とは逆向きに磁極を配置した永久磁石をステータ突極間に配置することにより、ステータ突極の磁気飽和を低減する効果と漏れ磁束を低減する効果を得ることができる。図３３に示すように、各巻線のロータ側の位置でもある。例えばステータ突極Ｔ２の場合、永久磁石Ｌ３Ｌをその磁束Ｌ３７の矢印で示す方向の極性に配置し、永久磁石Ｌ３Ｎをその磁束Ｌ３８の矢印で示す方向の極性に配置することにより、ステータ突極Ｔ２の磁気飽和を低減し、漏れ磁束φＬ２１、φＬ２３の低減効果を発揮することができる。この時、漏れ磁束φＬ２１、φＬ２３と永久磁石Ｌ３Ｌ、Ｌ３Ｎの磁束Ｌ３７、Ｌ３８とは逆向きの関係となっている。
【０１３１】
なお、磁気飽和の低減効果は、先に図３２で説明した効果と同じである。前記永久磁石Ｌ３Ｌ、Ｌ３Ｎの付加により、無励磁でのステータ突極の図３２上での動作点を原点からＢｃ点にオフセットすることにより、ステータ突極の磁束密度の動作範囲をＢ１からＢ４へ広げるものである。その結果、ステータ突極からロータ突極を通過できる磁束Ｌ３２を大きくすることができる。これらの作用、効果は、ステータ突極間に配置する他の永久磁石Ｌ３Ｑ、Ｌ３Ｓ、Ｌ３Ｕも同様である。
図３３のステータ側磁石の効果はロータ側についても適用することができる。ロータ突極Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の間に、それぞれ、永久磁石Ｌ３Ｋ、Ｌ３Ｍ、Ｌ３Ｐ、Ｌ３Ｒ、Ｌ３Ｔを配置する。永久磁石Ｌ３Ｋ、Ｌ３Ｍ、Ｌ３Ｐ、Ｌ３Ｒ、Ｌ３Ｔの磁極の方向は、それらの磁束Ｌ３Ｃ、Ｌ３Ｄ、Ｌ３Ｅ、Ｌ３Ｆ、Ｌ３Ｇの矢印で示す方向であり、ロータ突極を通過する磁束Ｌ３１、Ｌ３２、Ｌ３３、Ｌ３４、Ｌ３５、Ｌ３６の向きとは逆方向となる。
【０１３２】
なお、図３０、図３１、図３２、図３３で示した効果は、本発明モータの各相巻線が直流電流で駆動するモータであり、各ステータ突極を通過する磁束がそれぞれに片方向の磁束であることにより実現できる技術である。また、モータの各電流が零であるときには、各永久磁石の磁束がその近傍で一巡し、ステータ突極とロータ突極の間に作用する磁束は小さいので、連れ回りなどでロータが回転しているときの無負荷時鉄損は小さい。
また、永久磁石の付加は、部分的に付加することもできる。例えば、図３３のステータ側の永久磁石では、Ｌ３ＮとＬ３Ｓだけを付加するようにしても良い。ロータ軸方向端のステータ突極Ｔ１、Ｔ６は漏れ磁束がロータ軸方向の片側にしか生成されないことから、永久磁石Ｌ３Ｎ、Ｌ３Ｓだけでも、６個のステータ突極の磁気飽和の程度を同等にすることができる。
【０１３３】
（実施例８）
次に、請求項９の発明に関わる技術について説明する。
図３４は図４の断面ＥＡ−ＥＡを示す図５の上側半分を拡大して示しており、また、ステータ突極のロータ側表面に永久磁石を付加した構成のモータである。この部分の磁束φａの方向は内径側から外径側の方向である。従って、ステータＬ４１の永久磁石Ｌ４２の磁極の方向は、内径側がＳ極で外径側がＮ極である。
図３４の構成は、図５の構成に比較して、永久磁石Ｌ４２が付加されているので、磁束の励磁電流分を永久磁石で補うことができる。その結果、トルクを増大することができ、モータ効率が向上する。特に小型モータの方が磁束の励磁負担の比率が大きいので、この効果が大きい。なお、図３４の構成のように、一つのステータ磁極群が発生するトルクは大きなコギングトルクを発生することになるが、モータ全体ではコギングトルクが相殺し緩和される。
【０１３４】
次に、図３４の構成を変形した例を図３５に示す。図３４のステータで凹部となっている部分に逆極性の永久磁石Ｌ５３を配置した構成である。
ステータの内周側の磁極は、Ｎ極磁石Ｌ５２とＳ極磁石Ｌ５３が円周方向に交互に並んだ構成となっている。この結果、ロータ突極Ｌ４３を通過する磁束の回転変化率ｄφ／ｄθは、図３４の構成に比較して原理的に２倍となっている。従って、図３５の構成のモータは、トルクが大きく、コギングトルクが小さい。
【０１３５】
次に、図３５の構成を変形した例を図３６に示す。図３５の永久磁石Ｌ５２を軟磁性体に変更した構成である。
モータの巻線の電流でＬ６５の方向の磁束を励磁すれば、図３５の示すモータと類似の動作が可能である。その結果、永久磁石を半減することができ、低コスト化が可能である。また、ステータ突極と永久磁石の構造は、図３５ではいわゆる表面磁石形の構成であるが、図３７の構成のように、永久磁石をステータ突極の内部に配置することも可能であり、永久磁石Ｌ８２、Ｌ８３の保持、固定が容易である。また、図３８に示すように、永久磁石Ｌ９２、Ｌ９３の配置形状も種々形状とすることができる。また、図示しないが、これらのモータにおいて、ロータ突極の表面に磁石を付加することもできる。ステータ側とロータ側の両方に磁石を追加することもできる。
【０１３６】
（実施例９）
次に、請求項１０の発明に関わる技術について説明する。
図３９は永久磁石Ｌ７２を配置したステータ磁極と永久磁石を含まない突極形状の軟磁性体で構成するステータ磁極でステータＬ７１を構成している。このように、磁石磁極と軟鉄磁極を混在することにより、両タイプのモータの中間的な特性のモータを得ることができる。例えば、定出力特性が必要なモータでは、界磁磁束の大きさを制御する必要があり、図３９のように磁石磁極と軟鉄磁極を適度に混在させることにより、所望の特性のモータを設計することができる。
【０１３７】
（実施例１０）
次に、請求項１１の発明に関わる技術について説明する。
図４０は、図４の本発明モータ縦断面図の右半分を拡大して示し、界磁巻線Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５を付加した図である。巻線Ｒ１Ｃ、Ｒ１Ｄ、Ｒ１Ｅ、Ｒ１Ｆ、Ｒ１Ｇは、主にトルク電流であるが、勿論、界磁電流成分を通電することも可能である。Ｒ１６、Ｒ１７、Ｒ１８、Ｒ１９、Ｒ１Ａ、Ｒ１Ｂは各ステータ突極の磁束であり、磁束の方向を矢印で示している。前記界磁巻線Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５は、図４１に示すように、界磁電流の通電方向を合わせて直列に接続し、全ステータ突極に同一の起磁力を印加して界磁磁束を励磁することができる。
【０１３８】
界磁電流は直流電圧源２ＥとトランジスタＲ２１とダイオードＲ２２で制御する。ロータの回転中には、何れかのステータ突極で界磁磁束が増加し、同時に、何れかのステータ突極の界磁磁束が減少するので、モータ内部での界磁エネルギーが、これらの直列巻線の電流を介して内部循環させることができる。従って、界磁電流の駆動を大変簡素に行うことができる。また、トルク電流を主とする巻線Ｒ１Ｃ、Ｒ１Ｄ、Ｒ１Ｅ、Ｒ１Ｆ、Ｒ１Ｇの電流は、図１９、図２０、図２１などの制御回路で通電するが、界磁電流成分を減少させることができる。その結果、各トランジスタの電流容量を小さくすることができ、制御回路の小型化、低コスト化も可能である。図４１の制御回路が余分に必要であるが、図１９、図２０、図２１などの制御回路の小型化効果の方が大きい。また、巻線Ｒ１Ｃ、Ｒ１Ｄ、Ｒ１Ｅ、Ｒ１Ｆ、Ｒ１Ｇの電流の応答性を改善できるので、制御性能の向上も可能である。
【０１３９】
（実施例１１）
次に、請求項１２の発明に関わる技術について説明する。
本発明モータ、図１のモータ、図２６のモータ、直流モータ等の直流電流で駆動できるモータを複数個駆動制御するシステムにおいて、トータルで制御回路を簡素化、低コスト化、小型化する方法について説明する。
具体的な制御回路を図４２に示す。３個のモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３の巻線と制御回路を示している。２Ｅと５Ａは直流電圧源であり、例えば自動車のバッテリーである。トランジスタＲ８１、Ｒ８２、Ｒ８３は選択的に各モータへ電圧および電流を供給するＮ個の電力供給手段ＳＴであって、前記３個のモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３の内どのモータを駆動するのかを選択する。
【０１４０】
Ｒ８４、Ｒ８５、Ｒ８６は片方向電流すなわち直流電流を通電するモータＭ１の各相巻線の例であり、例えば、そのモータＭ１の巻線は図１９のモータのＡ相巻線Ｗ１、Ｗ４とＢ相巻線Ｗ３、Ｗ６とＣ相巻線Ｗ５、Ｗ２である。モータＭ１の各相巻線へ電流を通電するときには、前記トランジスタＲ８１をオンの状態にし、トランジスタＲ８２とＲ８３をオフとしておく必要がある。
Ｒ８Ｇ、Ｒ８Ｈ、Ｒ８Ｊは電流検出手段で、それぞれＡ相電流Ｉａ、Ｂ相電流Ｉｂ、Ｃ相電流Ｉｃを検出する。複数のモータに共用することができる。勿論、電流検出の必要がない制御の場合には、排除しても良い。
【０１４１】
２４、２５、２６は各相巻線へそれぞれに直流電流を供給する相電流通電手段であって、それぞれＡ相電流Ｉ１ａ、Ｂ相電流Ｉ１ｂ、Ｃ相電流Ｉ１ｃを駆動するトランジスタである。２７、２８、２９はダイオードで、前記トランジスタ２４、２５、２６がオンの状態からオフの状態に移行したときに、それぞれ、Ａ相電流Ｉ１ａ、Ｂ相電流Ｉ１ｂ、Ｃ相電流Ｉ１ｃが直流電圧源５Ａへ通電し各巻線の磁気エネルギーが直流電圧源５Ａへ回生する。例えば、トランジスタ２４をオンさせることにより巻線Ｒ８４へＡ相電流Ｉ１ａを流し始めることができ、トランジスタ２４がオフしたときに前記Ａ相電流Ｉ１ａをダイオード２７を介して直流電圧源５Ａへ通電し、巻線Ｒ８４に蓄えられた磁気エネルギーとモータ運動エネルギーの一部とを回生する。
【０１４２】
Ｒ８ＤはトランジスタＲ８１の過電圧保護用ダイオードで、前記Ａ相電流Ｉ１ａ、Ｂ相電流Ｉ１ｂ、Ｃ相電流Ｉ１ｃのいずれかが通電中にトランジスタＲ８１がオフしたときに加わる過大電圧を、ダイオード側へ転流し通電することにより保護する。従って、前記Ａ相電流Ｉ１ａ、Ｂ相電流Ｉ１ｂ、Ｃ相電流Ｉ１ｃのいずれかが通電中には、トランジスタＲ８１がオンからオフに切り替わらなければ、ダイオードＲ８Ｄは必ずしも必要ない。また、他のアブゾーバなどの過電圧防止素子へ変更することもできる。
【０１４３】
ダイオードＲ８Ｄのさらなる積極的な活用方法は、通電電流減少のスピードアップであり、特に高速回転での大電流制御時に効果的である。例えば、前記トランジスタＲ８１と２４をオンしてＡ相電流Ｉ１ａを通電しているときに両トランジスタＲ８１、２４をオフすると、Ａ相電流Ｉ１ａはダイオード２７とＲ８Ｄを介して直流電圧源５Ａと２Ｅへ直列に通電され、回生電圧が大きくなるので電流減少時間を短縮することができる。また、回生モードは、トランジスタＲ８１をオフとするモードとトランジスタＲ８１をオンとするモードとを使い分けることもできる。
【０１４４】
次に、Ｒ８７、Ｒ８８、Ｒ８９は片方向電流すなわち直流電流を通電するモータＭ２の各相巻線の例である。モータＭ２の各相巻線Ｒ８７、Ｒ８８、Ｒ８９へ電流を通電するときには、前記トランジスタＲ８２をオンの状態にし、トランジスタＲ８１とＲ８３をオフとしておく必要がある。各相巻線Ｒ８７、Ｒ８８、Ｒ８９へ電流を通電する方法は、モータＭ１の各相巻線Ｒ８４、Ｒ８５、Ｒ８６へ電流を通電する方法と同様である。
【０１４５】
次に、Ｒ８Ａ、Ｒ８Ｂ、Ｒ８Ｃは片方向電流すなわち直流電流を通電するモータＭ３の各相巻線の例である。モータＭ３の各相巻線Ｒ８Ａ、Ｒ８Ｂ、Ｒ８Ｃへ電流を通電するときには、前記トランジスタＲ８３をオンの状態にし、トランジスタＲ８１とＲ８２をオフとしておく必要がある。各相巻線Ｒ８Ａ、Ｒ８Ｂ、Ｒ８Ｃへ電流を通電する方法は、モータＭ１の各相巻線Ｒ８４、Ｒ８５、Ｒ８６へ電流を通電する方法と同様である。
なお、モータを選択する電力供給手段ＳＴであるトランジスタＲ８１、Ｒ８２、Ｒ８３の機能は通電であり、リレーの接点あるいはスイッチなどの機械的な接点あるいはサイリスタなど他の種類の電力半導体であっても良い。また、前記電力供給手段ＳＴには逆方向電流を阻止する機能も求められるので、逆方向電圧に耐える素子であるか、あるいは、逆方向電圧を阻止するダイオードと直列に接続する組み合わせとすることもできる。
【０１４６】
以上示したように図４２では、トランジスタ２４、２５、２６、および、電流検出手段Ｒ８Ｇ、Ｒ８Ｈ、Ｒ８Ｊ、および、ダイオード２７、２８、２９を３個のモータＭ１、Ｍ２、Ｍ３で共用して使用し、制御回路の素子数を低減する方法について示した。例えば、トランジスタの数で比較すると、図４５に示す従来のブラシレスモータでは、３個のモータを駆動するときに１８個のトランジスタが必要であるが、図４２の方法では、３個のモータを駆動するときに６個のトランジスタで制御することが可能であり、トランジスタの数を１／３に低減することができ、低コスト化と小型化が可能である。トランジスタの個数が少なくなると、比例してそのドライバー、ドライバー用の電源、スナバ回路などトランジスタの駆動に必要なトランジスタ周辺回路も不要となり低コスト化、小型化が可能となる。
【０１４７】
また、制御回路とモータ本体とを離れて配置する場合には、相互に接続する電線数も配線コストの点で重要である。図４５に示す従来のブラシレスモータでは、３個のモータについて９本の電線が必要であるが、図４２の方法では、３個のモータについてＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３線とモータＭ１共通線、モータＭ２共通線、モータＭ３共通線の合計６本の電線で相互に接続することができる。
また、４個以上のモータを駆動する場合には、矢印Ｒ８Ｋに示すように、各モータに固有の制御回路部のみを追加することにより制御可能なモータ数を増加させることができ、さらにモータ当たりのコストを低減することができる。
【０１４８】
自動車で複数のモータを使用する具体的な用途して、ドアミラーの姿勢制御、運転席シートの姿勢制御、エアコンの風の制御などがある。ドアミラーの場合、上下制御、左右制御、ドアミラー自体の折りたたみがあり、左右のドアミラーにそれぞれ使用しているので合計６個のモータを使用する。運転席シートの姿勢をモータで駆動する場合には、前後制御、傾き制御、上下制御、リクライニング制御などにモータを使用している。近年ではマッサージ機能などが付加されることもある。エアコンの風の制御では、風を送るブロワー用モータ、外気と内気の切り替え制御、暖気と冷気の制御、風を送り出す場所を選択する制御などがある。このように多くの小型モータが使用されている。このような用途に本発明の制御回路を含むモータを使用することができる。また、自動車を駆動する主機への応用すること、図４２に示すモータシステムで２個以上のモータを同時に回転駆動することも可能である。
【０１４９】
以上、本発明実施例について説明したが、種々の変形、応用が可能である。例えば、円周方向のステータ突極、ロータ突極の幅は種々の値が選択できる。また、各突極の形状についても図示した単純の矩形形状だけでなく、角部が丸みのある形状あるいはテーパ形状なども可能である。また、ＣＣＷとＣＷとで異なる駆動特性を持たせる場合は、円周方向に非対称な形状とすることも可能である。
ロータの種類についても、主に突極形状のロータについて説明したが、ロータ内に長穴形状等のフラックスバリアを持つマルチフラックスバリア型のロータ、あるいは、ロータ内に種々形状の永久磁石を内蔵した磁石内蔵型のロータについても本発明を適用できる。  さらに、アウターロータモータ、アキシャルギャップ型モータ、リニアモータ、各種モータの複合化されたモータ等への応用が可能である。
【０１５０】
図４２に示したように、複数のモータを制御する場合は、各種モータを混合して構成することも勿論可能であり、直流モータを混在させることもできる。モータ巻線の電流、電圧の形状などについても種々変形が可能であり、重畳させることもできる。また、モータのロータ位置情報については触れなかったが、各種のエンコーダを取り付けた制御、あるいは、センサレス位置検出、センサレス速度検出等も可能である。制御回路の種々変形、応用も可能であり、マイクロプロセッサを使用した制御回路、マイクロプロセッサを使用しない制御回路、制御部とパワー部とを１チップ化したものなど、種々の変形、応用が可能である。これらの種々変形したモータについても、本発明モータの主旨の変形技術は本発明に含むものである。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本発明の制御回路を含むモータは、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ので、低コスト、小型である。モータは環状の巻線を構成しており、モータの製作が容易で、巻線形状が単純であることから巻線占積率を高くできる。環状巻線であることから、モータのコイルエンドが無く、小型化が可能である。このように、低コスト化、小型化が可能なので、自動車用、家電用、産業用などの各種用途に利用することができる。
【符号の説明】
【０１５２】
１      ロータ軸
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６      ステータ突極
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６      ロータ突極
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６      環状形状の巻線
φａ、φｂ、φｃ、φｄ、φｅ、φｆ      各相の磁束とその方向
２Ｅ                直流電圧源
５Ａ                直流電圧源
２４、２５、２６    電流駆動用のトランジスタ
２７、２８、２９    ダイオード
【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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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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