(57)【要約】【課題】チョッパ信号やＰＷＭ信号でホール素子を駆動する、トルクリップルが小さくてトルクの大きい直流同期電動機を正回転あるいは逆回転させるための正転逆転切替装置を提供する。【解決手段】回転子の周囲に、界磁巻線が配備され、回転子の磁極位置を検出する検出手段から出力される出力信号により、界磁巻線組に供給される励磁電流を制御して、所定の回転速度を得る電動機の回転を正方向と逆方向とに切替える正転逆転切替装置であって、一の検出手段から出力される出力信号により励磁電流が供給される第一の界磁巻線組及び第二の界磁巻線組のうちの何れか一方を選択する選択子が複数具備された選択手段と、正方向の指令を受けたとき、選択子に第一の界磁巻線組を選択させ、逆方向の指令を受けたとき、選択子に第二の界磁巻線組を選択させる選択子切替手段とを備えた。【選択図】図１
2012186934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極とＳ極が一定の間隔をあけて交互に配置された回転子の周囲に、複数の界磁巻線が等間隔に配備され、該回転子の磁極位置を検出する複数の検出手段それぞれから出力されるそれぞれの出力信号により、該界磁巻線を直列又は並列に接続して形成された複数の界磁巻線組それぞれに供給される励磁電流を制御して回転磁界を形成し、所定の回転速度を得る電動機の回転を正方向と逆方向とに切替える正転逆転切替装置であって、
前記複数の検出手段のうちの一の検出手段から出力される出力信号により励磁電流が供給される第一の界磁巻線組及び第二の界磁巻線組のうちの何れか一方を選択する選択子が複数具備された選択手段と、
前記回転を正方向に切替える指令を受けたとき、前記選択子に、前記第一の界磁巻線組を選択させる動作を行い、前記回転を逆方向に切替える指令を受けたとき、該選択子に、前記第二の界磁巻線組を選択させる動作を行う選択子切替手段と、を備えたことを特徴とする正転逆転切替装置。
【請求項２】
前記選択子は、前記第一の界磁巻線組に接続された第一の接点と、前記第二の界磁巻線組に接続された第二の接点とを有するものであって、
前記選択子切替手段は、前記正方向に切替える指令を受けたとき、前記第一の接点を閉じて前記第二の接点を開き、前記逆方向に切替える指令を受けたとき、該第一の接点を開き該第二の接点を閉じることを特徴とする請求項１又は２記載の正転逆転切替装置。
【請求項３】
前記複数の検出手段それぞれは、前記界磁巻線組のうちの一の界磁巻線組を形成する界磁巻線それぞれが巻き回された界磁極の近傍に設置されたものであって、
前記第一の界磁巻線組は、前記一の検出手段が近傍に設置された前記界磁極より前記正方向における一つ先の界磁巻線又は二つ先の界磁巻線を含み、前記第二の界磁巻線組は、該界磁極より前記逆方向における一つ先の界磁巻線又は二つ先の界磁巻線を含むことを特徴とする請求項１記載の正転逆転切替装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流同期電動機の回転方向を切り替える正転逆転切替装置に関し、特に、直流同期電動機の回転方向の切替により電気自動車の前進と後退とを選択的に切替える正転逆転切替装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保全、石油依存からの脱却、エネルギー効率に関する意識の高まりを背景に、エンジンとモータを併用するハイブリッド車や、蓄電池や燃料電池に蓄積された電気エネルギーでモータを駆動し走行する電気自動車が脚光を浴びている。特に、小型・高出力のモータ、蓄電池や燃料電池の開発が急速に進展したことも、その実用化に拍車をかけている。特に、電気自動車駆動用のモータは、エネルギー効率がよく、制御が容易で、比較的軽量であるといった利点を有する直流同期電動機が有力である。しかしながら、直流同期電動機は、ホール素子などの磁気センサや光センサを用いて回転子の磁極位置を検出し、界磁巻線に検出された磁極位置号に応じた励磁電流を流して回転磁界を生成し、回転子を回転させる必要がある。このため、直流同期電動機を駆動源とする電気自動車は、内燃機関自動車のように前進、後退を機械的に選択するか、あるいは、電動機の回転方向を切替えることにより行う必要がある。
一般に、回転磁界は、例えば位相がずれた交番電流を励磁電流とすることにより得ることができる。そこで、電動機の、発電機に接続される相順を切替えることにより回転子を正転あるいは逆転させる方法（特許文献１）、ホール素子の出力信号に基づいて、各界磁巻線への励磁電流の供給タイミングを制御することにより回転子を正転あるいは逆転させる方法が開示されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３３７１２６号公報
【特許文献２】特許第３９０６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、内燃機関自動車のように変速機のギヤチェンジによって前進、後退を機械的に選択する方法は、装置が大型になるうえ、重量が重くなるので、軽量で小型という直流同期電動機の利点を生かしきれない。また、相順を切替える方法や励磁電流の供給タイミングを制御する方法は、何れかの２相を入れ替えるなどにより簡便に実施できる、例えば３相の交番電流で励磁する電動機などには有効であるが、トルクリップルがあるうえ、高出力が得にくい。また、多相の場合には制御が複雑になり、さらに、単一のチョッパ信号やＰＷＭ信号で複数のホール素子を駆動制御する場合には不向きな方法である。
本発明は、上記事情に鑑み、単一のチョッパ信号やＰＷＭ信号でホール素子などを駆動する、トルクリップルが小さくてトルクの大きい直流同期電動機を正回転あるいは逆回転させるための正転逆転切替装置、特に電気自動車の前進と後退を直流同期電動機の回転方向の切替によって行うための正転逆転切替装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の正転逆転切替装置は、Ｎ極とＳ極が一定の間隔をあけて交互に配置された回転子の周囲に、複数の界磁巻線が等間隔に配備され、該回転子の磁極位置を検出する複数の検出手段それぞれから出力されるそれぞれの出力信号により、該界磁巻線を直列又は並列に接続して形成された複数の界磁巻線組それぞれに供給される励磁電流を制御して回転磁界を形成し、所定の回転速度を得る電動機の回転を正方向と逆方向とに切替える正転逆転切替装置であって、
上記複数の検出手段のうちの一の検出手段から出力される出力信号により励磁電流が供給される第一の界磁巻線組及び第二の界磁巻線組のうちの何れか一方を選択する選択子が複数具備された選択手段と、上記回転を正方向に切替える指令を受けたとき、上記選択子に、上記第一の界磁巻線組を選択させる動作を行い、上記回転を逆方向に切替える指令を受けたとき、該選択子に、上記第二の界磁巻線組を選択させる動作を行う選択子切替手段と、を備えたことを特徴とする。
このように、励磁電流が制御される界磁巻線組を複数の選択子を介して一斉に切替えれば、トルクリップルが小さくてトルクの大きい直流同期電動機の回転方向を円滑に切替えることができる。
ここで、上記選択子は、上記第一の界磁巻線組に接続された第一の接点と、上記第二の界磁巻線組に接続された第二の接点とを有するものであって、
上記選択子切替手段は、上記正方向に切替える指令を受けたとき、上記第一の接点を閉じて上記第二の接点を開き、上記逆方向に切替える指令を受けたとき、該第一の接点を開き該第二の接点を閉じることが好ましい。
このようにすれば、回転方向の切替が容易である。
また、上記複数の検出手段それぞれは、上記界磁巻線組のうちの一の界磁巻線組を形成する界磁巻線それぞれが巻き回された界磁極の近傍に設置されたものであって、上記第一の界磁巻線組は、上記一の検出手段が近傍に設置された上記界磁極より上記正方向における一つ先の界磁巻線又は二つ先の界磁巻線を含み、上記第二の界磁巻線組は、該界磁極より上記逆方向における一つ先の界磁巻線又は二つ先の界磁巻線を含むことが好ましい。
このようにすれば、回転方向の切替が行われた後の電動機の回転が円滑である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の正転逆転切替装置によれば、オンオフ信号の指令により、共通のチョッパ信号で界磁巻線を励磁し、トルクリップルが小さくてトルクの大きい直流ブラシレス電動機の回転方向を切替え、円滑に正回転あるいは逆回転させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施形態の正転逆転切替装置が適用される直流同期電動機の一例を示す図である。
【図２】図２は、正転逆転切替装置を構成する選択手段の接続状態を示す図である。
【図３】図３は、選択手段を動作させる継電器を示す図である。
【図４】図４は、各励磁電流制御手段に接続された多数の接点が同心円上に配置されたロータリスイッチの固定部を示す平面図である。
【図５】図５は、各ホール素子の出力端子に接続された多数の接点が同心円上に配置されたロータリスイッチの回転部を裏面から見た図である。
【図６】図６は、正方向の指令を受け、正転逆転切替装置を操作したときの回転子の磁極位置と界磁極の磁化状態を示す模式図である。
【図７】図７は、逆方向の指令を受け、正転逆転切替装置を操作したときの回転子の磁極位置と界磁極の磁化状態を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、本発明の正転逆転切替装置の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の正転逆転切替装置が適用される直流同期電動機の一例を示す図である。
図１に一例を示す直流同期電動機は、磁極１が配置された回転子２と、界磁巻線３が配備された固定子と、回転子２の磁極１を検出するホール素子（本発明の検出手段に相当する。）４と、正転逆転切替装置１０と、固定子に回転磁界を形成する励磁電流をホール素子４の出力信号によって制御する励磁電流制御手段５と、チョッパ信号入力端子ＣＩＮと、直流電源接続端子ＤＩＮと、を備え、固定子の内部に回転子２が配置されたインナーロータ型である。
回転子２は、永久磁石のＮ極とＳ極が回転軸の周りに、一定の間隙（Ｍ）を開けて交互に２個ずつ配置されている。
固定子は、回転子２を挟んで対称な位置に、スロットを隔てて１２個の界磁極が配備されている。スロットを隔てて配備された界磁極それぞれの中央部相互間の距離（Ｌ）は一定であり、Ｌは、回転子のＮ極とＳ極との間隙（Ｍ）よりも小さくなるように設定されている。それぞれの界磁極には界磁巻線３が巻回され、それら１２個の界磁巻線３のうち、対置された２つの界磁巻線３は並列に接続され、６組の界磁巻線組５が形成されている。そして、６組の界磁巻線組５それぞれは、直流電源接続端子ＤＩＮから、回転磁界を形成するための励磁電流が供給される。
ここで、本実施形態における界磁巻線組６は、励磁電流の向きに応じて双方同時にＮ極、又はＳ極に磁化するよう構成されているが、界磁極の数等によっては、必ずしも双方同時に同じ極性に磁化する必要はない。また、界磁巻線組６は、対置された２つの界磁巻線により形成されているが、必ずしも対置された界磁巻線によって形成する必要はなく、さらに３つ以上を組み合わせて形成してもよい。
ホール素子４は、チョッパ信号が入力する入力端子と、その入力端子からチョッパ信号が入力している状態で回転子２の磁極１を検出したとき、磁極１の強さ（含む極性）とチョッパ信号の大きさに比例した出力信号を出力する出力端子と、を備えており、固定子の界磁巻線３に形成される回転磁界の影響を受けることなく、回転子２のＮ極及びＳ極の位置を検出することができるよう界磁極の近傍に設置される。
なお、ホール素子４に入力アするチョッパ信号のデューティ比を変えることにより電動機のトルクが変化するので、負荷の大きさに応じ、回転速度を加速したり減速したりすることができる。
【０００９】
励磁電流制御手段５は、ホール素子４の出力端子における出力信号の極性が正のとき、その出力信号のデューティ比に応じて通電時間を変える２つのスイッチング素子５１ａ、５１ｂと、出力信号の極性が負のとき、その出力信号のデューティ比に応じて通電時間を変える、２つのスイッチング素子５２ａ、５２ｂとを有する。各スイッチング素子５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂは、界磁巻線組６に供給される励磁電流の向きを回転子２の磁極１に応じて切換える一方、励磁電流の通電時間をデューティ比に応じて変化させる。また、各スイッチング素子５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂには、サージ電圧等をバイパスするフリーホイールダイオード５３が並列に接続されている。
励磁電流制御手段５に正の出力信号が送られてくると、スイッチング素子５１ａ、５１ｂが作動する。そして、回転子２が回転し磁石の磁極１が反転してホール素子４から負の出力信号が送られてくると、スイッチング素子５２ａ、５２ｂが作動する。その結果、界磁巻線組６には、出力信号のデューティ比に対応する通電時間だけ、励磁電流が間欠的に流れ、回転子２にトルクが生じる。また、通電時間と通電時間との間の非通電時間は、界磁巻線組６に交流電力が誘起されるので、並列に接続されたフリーホイールダイオード５３を経由して、他の界磁巻線組６の励磁電流として活用される。
ここで、本実施形態が適用される直流同期電動機は、回転子２のＮ極とＳ極との間隙（Ｍ）が、固定子の、スロットを隔てて配備された界磁極それぞれの中央部相互間の距離（Ｌ）よりも大きくなっているので、ホール素子４の出力信号により励磁電流が制御され、界磁巻線組６によって磁化される磁極の変わり目で、必ず磁化休止時間が生じる。このため、同じ界磁巻線３により、回転子２の磁極１を吸引する力と反発する力を同時に受けることがなくなり、効率的にトルクを得ることができる。
【００１０】
正転逆転切替装置１０は、ホール素子４の出力信号により励磁電流制御手段５で励磁電流が制御される界磁巻線組６を切替えるスイッチ（本発明の選択子に相当する。）１１ａを６個備えた選択手段１１と、その選択手段１１を、回転方向の指令によって一斉に切替える継電器（本発明の選択子切替手段に相当する。）１２とを備えており、詳細は後述する。
本実施形態の、スイッチ１１ａの接点は、界磁極よりも正逆回転方向の１つ先の界磁巻線に励磁電流を供給する励磁電流制御手段５に接続されるが、二つ先の界磁巻線に励磁電流を供給する励磁電流制御手段５に接続してもよい。また、本実施形態の正転逆転切替装置１０は、選択子切替手段に、継電器１２を用いているが、ロータリ式の多接点スイッチであっても、他の切替方法であってもよい。
【００１１】
図２及び図３は、本実施形態の正転逆転切替装置の一例を示す図であり、図２は、正転逆転切替装置を構成する選択手段の接続状態を示す図、図３は、選択手段を動作させる継電器を示す図である。
図２において、ホール素子４ａ〜４ｆの一対の入力端子のうちの一方の端子、及び一対の出力端子のうちの一方の端子、並びにホール素子の出力端子に接続される２つのスイッチのうちの一方のスイッチは、説明の都合上、省略されている。
図２に示す選択手段１１は、６つのスイッチ１１ａ〜１１ｆを備えている。スイッチ１１ａ〜１１ｆは、入力端子ＩＮと、継電器１２の動作で切り替わる２つの接点を備えている。第一の接点は、各ホール素子４ａ〜４ｆが設置された位置の近傍に配備された界磁極よりも正回転方向の１つ先の界磁巻線に励磁電流を供給する励磁電流制御手段５ａ〜５ｆに接続され、第二の接点は、逆回転方向の１つ先の界磁巻線の励磁電流制御手段５ａ〜５ｆに接続されている。また、各励磁電流制御手段５ａ〜５ｆは、共通の直流源３０に接続されている。
さらに、各ホール素子４ａ〜４ｆの入力端子は、共通のチョッパ信号生成手段２０に接続され、出力端子は、選択手段１１の各スイッチ１１ａ〜１１ｆに接続されている。
ここで、本実施形態の、スイッチ１１ａ〜１１ｆの接点は、界磁極よりも正逆回転方向の１つ先の界磁巻線に励磁電流を供給する励磁電流制御手段５ａ〜５ｆに接続されるが、二つ先の界磁巻線に励磁電流を供給する励磁電流制御手段５ａ〜５ｆに接続してもよい。また、本実施形態の正転逆転切替装置１０は、選択子切替手段に、継電器を用いているが、ロータリ式の多接点スイッチを用いてもよい。
【００１２】
本実施形態の直流同期電動機は、１２個の界磁巻線を有し、２個の界磁巻線を並列に接続して６つの界磁巻線組が形成されている。すなわち、正回転方向に順次配備された第１番目から第１２番目の界磁極それぞれに巻き回された第１番目から第１２番目の界磁巻線のうち、第１番目と第７番目の界磁巻線、第２番目と第８番目の界磁巻線、第３番目と第９番目の界磁巻線、第４番目と第１０番目の界磁巻線、第５番目と第１１番目の界磁巻線、第６番目と第１２番目の界磁巻線がそれぞれ並列に接続され、第２番目と第８番目の界磁巻線からなる第1の界磁巻線組６ａは、第１の励磁電流制御手段５ａから励磁電流が供給され、第３番目と第９番目の界磁巻線からなる第２の界磁巻線組６ｂは、第２の励磁電流制御手段５ｂから励磁電流が供給され、第４番目と第１０番目の界磁巻線からなる第３の界磁巻線組６ｃは、第３の励磁電流制御手段５ｃから励磁電流が供給され、第５番目と第１１番目の界磁巻線からなる第４の界磁巻線組６ｄは、第４の励磁電流制御手段５ｄから励磁電流が供給され、第６番目と第１２番目の界磁巻線からなる第５の界磁巻線組６ｅは、第５の励磁電流制御手段５ｅから励磁電流が供給され、第１番目と第７番目の界磁巻線からなる第６の界磁巻線組６ｆは、第６の励磁電流制御手段５ｆから励磁電流が供給される。さらに、第１番目の界磁極の近傍に配置されたホール素子４ａの出力信号は、スイッチ１１ａの接点によって第１の励磁電流制御手段５ａ又は第５の励磁電流制御手段５ｅに接続され、第２番目の界磁極の近傍に配置されたホール素子４ｂの出力信号は、スイッチ１１ｂの接点によって第２の励磁電流制御手段５ｂ又は第６の励磁電流制御手段５ｆに接続され、第３番目の界磁極の近傍に配置されたホール素子４ｃの出力信号は、スイッチ１１ｃの接点によって第３の励磁電流制御手段５ｃ又は第１の励磁電流制御手段５ａに接続され、第４番目の界磁極の近傍に配置されたホール素子４ｄの出力信号は、スイッチ１１ｄの接点によって第４の励磁電流制御手段５ｄ又は第２の励磁電流制御手段５ｂに接続され、第５番目の界磁極の近傍に配置されたホール素子４ｅの出力信号は、スイッチ１１ｅの接点によって第５の励磁電流制御手段５ｂ又は第３の励磁電流制御手段５ｃに接続され、第６番目の界磁極の近傍に配置されたホール素子４ｆの出力信号は、のスイッチ１１ｆの接点によって第６の励磁電流制御手段５ｆ又は第４の励磁電流制御手段５ｄに接続される。
【００１３】
図３に示す継電器１２は、回転方向を指令するレバー（指令信号生成手段）１３を介して抵抗及び直流電源に接続されている。レバー１３を倒し、接点が閉じると継電器１２が動作し、レバー１３を起こし、接点が開くと、継電器１２が元に戻るようになっている。継電器１２には、動作したときに一斉に閉じ、元に戻ると一斉に開く接点と、元に戻ると一斉に閉じ、動作したとき一斉に開く接点とを有するスイッチが少なくとも１２あり、それらのスイッチ及び接点は、図２の選択手段１１におけるスイッチ及び接点を構成する。
【００１４】
図４及び図５は、本実施形態の正転逆転切替装置の他の例として、円周上に多数の接点を有するロータリスイッチを示す図であり、図４は各励磁電流制御手段に接続された接点が同心円上に配置されたロータリスイッチの固定部を示す平面図であり、図５は、各ホール素子の出力端子に接続された多数の接点が同心円上に配置されたロータリスイッチの回転部を裏面から見た図である。
図４に示すロータリスイッチの固定部１５は、中央に軸１６があり、その軸１６を中心にした２つの同心円上それぞれに、６つの白丸と、各白丸の両側それぞれに１つの黒丸が配置され、白丸は、ニュートラル、黒丸は、６つの励磁電流制御手段５ａ〜５ｆに接続された６つのスイッチ１１ａ〜１１ｆの接点に対応して、１２の接点を備えている。そして、それらの白丸と黒丸は、図２に示すホール素子４ａ〜４ｆの出力端子に対応して、２つの同心円の、同じ放射線上に配置されている。また、図２で説明したように、第１の励磁電流制御手段５ａ又は第５の励磁電流制御手段５ｅに接続される接点相互、第２の励磁電流制御手段５ｂ又は第６の励磁電流制御手段５ｆに接続される接点相互、第３の励磁電流制御手段５ｃ又は第１の励磁電流制御手段５ａに接続される接点相互、第４の励磁電流制御手段５ｄ又は第２の励磁電流制御手段５ｂに接続される接点相互、第５の励磁電流制御手段５ｂ又は第３の励磁電流制御手段５ｃに接続される接点相互、第６の励磁電流制御手段５ｆ又は第４の励磁電流制御手段５ｄに接続される接点相互は、それぞれ、リード線で結ばれている。
図５に裏面を示すロータリスイッチの回転部１８は、中央に、ロータリスイッチの固定部に嵌合する回転軸１９があり、その回転軸１９を中心にした２つの同心円の、同じ放射線上に、６つの黒丸がある。黒丸は、ホール素子４ａ〜４ｆの出力端子に接続された接点である。本実施形態のロータリスイッチは、固定部１５の白丸と回転部１８の黒丸が接触し、ニュートラル状態にある。そして、固定部１５の軸１９に回転部１８の回転軸１９を嵌合し、回転部１８を左右に回転させ、回転部１８の黒丸を１つ移動させて固定部１５の接点（黒丸）に接触させることにより電動機の回転方向を指令することができる。
【００１５】
図６及び図７は、回転方向の指令を受け、正転逆転切替装置を操作したときの回転子の磁極位置と界磁極の磁化状態を示す模式図であり、図６は、正方向の指令を受けた場合を示し、図７は、逆方向の指令を受けた場合を示す。
図６及び図７において、回転子及び界磁極（界磁巻線）は、便宜上、直線状に展開してある。回転子は、Ｎ極とＳ極の磁石が交互に配置され、相互間には幅がＭの間隙があり、界磁極それぞれの中央部相互間の距離はＬ（Ｍ＞Ｌ）である。そして、図の左方のアからカに向けて正方向（図６）又は逆方向（図７）に３０度ずつ回転子が回転したときの各界磁極７ａ〜７ｌの磁化状態（図の上側がＮ、下側がＳ、中央がニュートラル）を示している。
固定子は、スロットを挟んで１２個の界磁極が等間隔に配置され、第１の界磁極７ａには第１の界磁巻線が巻き回され、以下、同様に、第１２の界磁極７ｌには第１２の界磁巻線が巻き回されている。
ホール素子４ａ〜４ｆは、第１の界磁極から第６の界磁極それぞれの中央部の近傍に配置され、その出力信号は、正方向と逆方向それぞれに隣接した界磁極に巻き回された界磁巻線に励磁電流を供給する励磁電流制御手段に送られるように構成されている。
図２で説明したように、第２番目の界磁極７ｂと第８番目の界磁極７ｈそれぞれに巻き回された界磁巻線が並列に接続された第１の界磁巻線組は、第１のホール素子４ａの出力信号（正方向）又は第３のホール素子４ｃの出力信号（逆方向）が入力する第１の励磁電流制御手段５ａから励磁電流が供給され、第３番目の界磁極７ｃと第９番目の界磁極７ｉそれぞれに巻き回された界磁巻線が並列に接続された第２の界磁巻線組は、第２のホール素子４ｂの出力信号（正方向）又は第４のホール素子４ｄの出力信号（逆方向）が入力する第２の励磁電流制御手段５ｂから励磁電流が供給され、第４番目の界磁極７ｄと第１０番目の界磁極７ｊそれぞれに巻き回された界磁巻線が並列に接続された第３の界磁巻線組は、第３のホール素子４ｃの出力信号（正方向）又は第５のホール素子４ｅの出力信号（逆方向）が入力する第３の励磁電流制御手段５ｃから励磁電流が供給され、第５番目の界磁極７ｃと第１１番目の界磁極７ｋそれぞれに巻き回された界磁巻線が並列に接続された第４の界磁巻線組は、第４のホール素子４ｄの出力信号（正方向）又は第６のホール素子の出力信号（逆方向）が入力する第４の励磁電流制御手段から励磁電流が供給され、第６番目の界磁極７ｆと第１２番目の界磁極７ｌそれぞれに巻き回された界磁巻線が並列に接続された第５の界磁巻線組は、第５のホール素子の出力信号（正方向）又は第３のホール素子の出力信号（逆方向）が入力する第５の励磁電流制御手段から励磁電流が供給され、第１番目の界磁極７ａと第７番目の界磁極７ｇそれぞれに巻き回された界磁巻線が並列に接続された第６の界磁巻線組は、第６のホール素子の出力信号（正方向）又は第２のホール素子の出力信号（逆方向）が入力する第６の励磁電流制御手段から励磁電流が供給され、それぞれ、回転子の磁極とは逆の極性に磁化される。
【００１６】
図６に示すように、図の下方に磁極を移動させる正回転方向の指令を受けたとき、回転子の各磁極がアの状態のとき、各界磁極は、Ａに示す磁化状態となる。その結果、回転子は、第１の界磁極７ａ、
第４の界磁極７ｄ、第７の界磁極７ｇ、第１０の界磁極７ｊから正方向の吸引力を受けるので、正回転方向に回転し始める。そして、回転子が３０度回転しイの状態のとき、各界磁極は、Ｂに示す磁化状態になる。そこで、第２の界磁極７ｂ、第５の界磁極７ｅ、第８の界磁極７ｈ、第１１の界磁極７ｋから正方向の吸引力を受け、正回転方向のトルクを得る。以下、回転子の各磁極がウの状態においても、第３の界磁極７ｃ、第６の界磁極７ｆ、第９の界磁極７ｉ、第１２の界磁極７ｌから正方向の吸引力を受け、正回転方向のトルクを得る。さらに、磁極がエ、オ、カの状態においても同様に正回転方向のトルクを得て回転が継続する。
【００１７】
図７に示すように、図の上方に磁極を移動させる逆回転方向の指令を受けたとき、回転子の各磁極がアの状態のとき、各界磁極は、Ａに示す磁化状態となる。その結果、回転子は、第１の界磁極７ａ、第４の界磁極７ｄ、第７界磁極７ｇ、第１０の界磁極７ｊから逆方向の吸引力を受けるので、逆回転方向に回転し始める。そして、回転子が３０度回転しイの状態のとき、各界磁極は、Ｂに示す磁化状態になる。そこで、第３の界磁極７ｃ、第６の界磁極７ｆ、第９の界磁極７ｉ、第１２の界磁極７ｌから逆方向の吸引力を受け、逆回転方向のトルクを得る。以下、回転子の各磁極がウの状態においても、第２の界磁極７ｂ、第５の界磁極７ｅ、第８の界磁極７ｈ、第１１の界磁極７ｋから逆方向の吸引力を受け、逆回転方向のトルクを得る。さらに、磁極がエ、オ、カの状態においても同様に逆回転方向のトルクを得て回転が継続する。
ここでは、回転子の磁極数Ｐが４、固定子の界磁極数Ｑが１２、ホール素子数Ｈが６の直流同期電動機に基づいて各界磁極の磁化状態を説明したが、回転子の磁極数Ｐ、固定子の界磁極数Ｑ、ホール素子数Ｈそれぞれは、必ずしも４、１２、６の組合せである必要はなく、４、１２、４の組合せであっても、４、１８、６の組合せであっても、４、２４、６の組合せであってもよい。また回転子の磁極数Ｐは、必ずしも４つである必要はなく、２の倍数であればよい。すなわち、以下の３条件を満たすようにＰ、Ｑ、Ｈ、Ｍ、Ｌを設定し、界磁巻線をＱ／Ｈずつ直列又は並列に接続して界磁巻線組を構成し、それらの界磁巻線組毎に励磁電流を供給することが好ましく、それによって効率的に、大きな回転トルクを得ることが可能になる。
［３条件］
条件１；Ｈは、Ｑ／Ｐに等しいか、あるいはＱ／Ｐより大きいこと。
条件２；Ｎ極とＳ極の間隙をＭ、スロットを隔てて配備された界磁極それぞれの中央部相互間の距離をＬとしたとき、Ｍは、Ｌに等しいか、あるいはＬよりも大きいこと。
条件３：Ｑ／Ｈが整数になるようにＱとＨを選択すること。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、直流同期電動機を駆動源とする電気自動車の前進、後退を決めるレバー等に活用できる。
【符号の説明】
【００１９】
１    磁極
２    回転子
３    界磁巻線
４、４ａ〜４ｆ    ホール素子
５、５ａ〜５ｆ    励磁電流制御手段
６、６ａ〜６ｆ    界磁巻線組
７ａ〜７ｌ        界磁極
１０    正転逆転切替装置
１１    選択手段
１１ａ〜１１ｆ    スイッチ
１２    継電器
１３    レバー
１５    固定部
１６    軸
１８    回転部
１９    回転軸
２０    チョッパ信号生成手段
３０    直流電源
５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ    スイッチング素子
５３  フリーホイールダイオード  
【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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