(57)【要約】【課題】正回転及び逆回転双方向とも起動が円滑に行えると共に、強力なリラクタンストルクが得られ、振動や騒音、トルクリップルも低減することが可能なこと、通電停止直後に、通電時と同じ操作部を操作することによって回生制動が行えるうえ、回生制動を行う際に生じる電力を蓄電し、エネルギー効率を高めることが可能なこと。【解決手段】回転突極対が形成された回転子と、回転突極対の少なくとも三倍の固定突極対が形成された固定子と、磁気センサにより、回転突極中央が固定突極の励磁領域を通過するタイミングを固定突極一つ分だけ早めに検出する検出手段と、検出手段が検出したタイミングにより、負荷電流の給電方向を切換える切換手段と、を備え、回転突極それぞれの回転方向の幅は、固定突極それぞれの少なくとも二つに跨る寸法を有する。【選択図】図１
2013201858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を挟んで対称に配置された偶数の回転突極により回転突極対が形成された回転子と、
前記回転子の周囲に対称に配置された偶数の固定突極により前記回転突極対の少なくとも三倍の固定突極対が形成され、該固定突極対に巻回された界磁巻線に給電される非正弦波の負荷電流により、該固定突極対それぞれが同時に磁化される固定子と、
前記固定突極それぞれと対応する位置に配置された磁気センサにより、前記回転突極中央部が前記固定突極の励磁領域を通過するタイミングを、少なくとも前記固定突極一つ分だけ早めに検出する検出手段と、
前記検出手段が検出したタイミングにより、前記界磁巻線への前記負荷電流の給電方向を切換える切換手段と、を備え、
前記回転突極それぞれの回転方向の幅は、前記固定突極それぞれの少なくとも二つに跨る寸法を有すると共に、該回転突極それぞれは、該固定突極それぞれの少なくとも一つから着磁されて回転力を得ることを特徴とする非正弦波駆動電動機。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記回転突極と同数の磁石が前記回転突極それぞれと対応する位置の周縁に配置された、前記回転子と同軸の回転体と、
前記回転体の周囲の、隣接する少なくとも三つの前記固定突極それぞれと対応する位置から少なくとも該固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだ位置に配置され、入力された信号に前記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、
ｍ及びｎを自然数、前記回転突極の数を２ｎとしたとき、前記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだ位置に配置され、入力された信号に前記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項３】
前記検出手段は、
前記回転突極と同数の磁石が前記回転突極それぞれと対応する位置よりも少なくとも前記固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだ位置の周縁に配置された、前記回転子と同軸の回転体と、
前記回転体の周囲の、隣接する少なくとも三つの前記固定突極それぞれと対応する位置に配置され、入力された信号に前記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、
ｍ及びｎを自然数、前記回転突極の数を２ｎとしたとき、前記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだ位置に配置され、入力された信号に前記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項４】
力の大きさによる指令を受け、受けた力が所定値を超える場合は、該所定値を超える力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第１指令信号を生成する指令信号生成手段と、
前記第１指令信号に応じたデューティ比の給電信号を出力する給電信号出力手段と、
前記回転子の回転方向に関する指令を受けたとき、前記給電信号出力手段から出力された前記給電信号の入力先を、前記正回転用磁気センサ及び前記逆回転用磁気センサ何れか一方に切替える回転方向切替手段と、を備え、
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記給電信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換える一方、該給電信号のデューティ比に応じて該負荷電流を給電することを特徴とする請求項１から３のうちの何れか１項記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項５】
前記界磁巻線に通電される前記負荷電流の大きさを検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流検出手段により検出された前記負荷電流が閾値を超えたとき、過負荷信号を出力する過負荷電流制限手段と、を備え、
前記給電信号生成手段は、前記過負荷信号が入力すると前記給電信号のデューティ比を減少させ、該過負荷信号が解消すると、減少させた該給電信号のデューティ比を、前記第１指令信号に応じたデューティ比まで増加させることを特徴とする請求項４記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項６】
前記指令信号生成手段は、前記受けた力が前記所定値以下の場合は、該所定値を下回る力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第２指令信号を生成するものであって、
前記第２指令信号に応じたデューティ比の回生信号を出力する回生信号生成手段と、
前記界磁巻線に誘起される電力を前記回生信号のデューティ比に応じて整流し、蓄電器に蓄電する回生電力制御手段と、を備え、
前記第２指令信号のデューティ比に応じて回生制動することを特徴とする請求項４又は５記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項７】
前記指令信号生成手段は、並設された帯状の摺動面に抵抗体が形成され、該摺動面双方を長さ方向にスライドするスライド部材により抵抗値が変化する摺動抵抗器、及び力の大きさによる指令を受けたとき、受けた力に応じて該スライド部材をスライドさせるコントロール部材を有するものであって、該受けた力が前記所定値を超える場合には、該所定値を超える力の大きさに比例して抵抗値が減少する第１の抵抗体により前記第１指令信号を生成し、該受けた力が該所定値以下の場合には、該所定値を下回る力の大きさに比例して抵抗値が減少する第２の抵抗体により前記第２指令信号を生成することを特徴とする請求項４から６のうちの何れか１項記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項８】
前記界磁巻線への給電が停止されたとき、該界磁巻線に誘起される電力による回生電流を検出する回生電流検出手段と、
前記回生電流検出手段により検出された前記回生電流が閾値を超えたとき、過電流信号を出力する過電流制限手段と、を備え、
前記回生信号生成手段は、前記過電流信号が入力すると前記回生信号のデューティ比を減少させ、該過電流信号が解消すると、減少させた該回生信号のデューティ比を、前記第２指令信号に応じたデューティ比まで増加させることを特徴とする請求項６又は７記載の非正弦波駆動電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子及び固定子双方が突極構造を有し、固定子の界磁巻線に供給する非正弦波負荷電流によりリラクタンストルクを得て正転及び逆転し、負荷電流供給停止時の慣性モーメントによって生じる電力を回生制動する非正弦波駆動電動機に関するものである。
【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て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。
電気自動車等には、小型軽量で、エネルギー変換効率が高く、低騒音、低コストで、運転時の振動やさまざまな温度条件に対する信頼性、保守性に優れたモータが求められる。一般に、直巻モータや分巻モータは、インバータを用いずに可変速制御が可能ではあるが、ブラシを用いるため保守性や小型化に適さないという問題がある。そのため、高速化、小型化に適し、堅牢な誘導モータや永久磁石を用いエネルギー変換効率の高いブラシレスＤＣモータが盛んに開発されている。しかしながら、昨今、永久磁石用希土類鉱石が高騰し、永久磁石を用いるＰＭモータにとって、必ずしも好ましくない状況が生じている。
【０００３】
一方、回転子、固定子共に突極があり、固定子突極に巻回した界磁巻線に、ＰＭモータと同様の非正弦波電流を流し、界磁巻線の磁気吸引力によって回転子を回転駆動するスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）が知られている。このモータは、回転子に積層電磁鋼板が用いられるので、回転子の発熱や熱減磁といった問題がなく、低コストで高速運転が可能であるという特長を有する。しかし、２相駆動のＳＲモータは、回転子と固定子の突極が完全に対向する場合には、回転方向に対するインダクタンス変化がないので、トルクが発生しない。そこで、回転子の突極の回転方向の長さに段差を設けることや、テ―パ状に変化させることにより、回転方向に対するインダクタンスの変化をつけたステップドギャップ型やカム型ＳＲモータが紹介されているが、これらのＳＲモータは、インダクタンスの変化する回転方向は、一方向に限られ、逆回転が困難である。そこで、３相以上で駆動する第１のスイッチト・リラクタンス・モータ部と、２相で駆動する第２のスイッチト・リラクタンス・モータ部とから構成されたスイッチト・リラクタンス・モータが提案されている（特許文献１参照）
また、３相スイッチト・リラクタンス・モータにおいては、励磁されたステータの突極に対し、リラクタンスが最小となるようにロータの突極が移動する形でトルクを発生させるので、トルクが脈動し、ロータ位置によっては始動トルクが小さく、負荷が大きい場合には回転できないこと大きな回転ムラ生じることがある。また、逆回転させようとすると、突極同士が重なり、さらに行き過ぎてから励磁相を切換えることになり、始動できない場合が生じる。そこで、３個のロータ位置センサを設け、この３個から得られる６種類の位置信号の組み合わせパターンをロータの１５度回転毎に変えるようにしたスイッチト・リラクタンス・モータが提案されている（特許文献２参照）
【０００４】
他方、エネルギー消費を抑えて走行距離を延ばすことやエネルギー効率を高めるために、走行時の余剰な運動エネルギーを電気変換して二次電池に充電する方法や、減速時の余剰な運動エネルギーを電気変換して回収・消費する、いわゆる回生制動に関する開発が盛んに行われている。
例えば、回生制動で生じた電力をバッテリに充電する小型電動車において、長い下り坂でバッテリが過充電にならないように、初期充電の容量制限値を満充電未満に設定するとともに、走行中に過充電になったら、車速の上限値を下方に設定する方法が提案されている（特許文献３参照）。
また、トルクを積算処理することにより、基準値を超える高トルクが出力された後は回生トルクの使用を制限又は禁止してモータの巻線が過熱するのを防止すると共に、十分な動力性能を確保し、一方、降坂時の回生制動で巻線温度が上昇し電流が制限され、その後の登坂時に必要なトルクが得られなくなるという不都合を解消する方法が提案されている（特許文献４参照）。
さらに、燃費をよくするため、ブレーキペダルの操作による要求制動力が回生制動力よりも小さいときは、回生制動のみを使用し、要求制動力が回生制動力よりも大きいときは回生制動と摩擦制動を併用し、急制動が必要なときは、回生制動力の比率を小さくする方法などが提案されている（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４４０２４号公報
【特許文献２】特開２００３−６１３８１号公報
【特許文献３】特開２００８−５４４４１号公報
【特許文献４】特開２００８−１６７５９９号公報
【特許文献５】特開２００１−８３０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１又は特許文献２記載の方法では、ロータに作用するトルクのラジアル方向成分のアンバランスにより騒音や振動が生じるおそれがあり、またロータの回転角に応じて主励磁相と補助励磁相とを組み合わせる特殊なロジック回路が必要になる。さらに、特許文献３から特許文献５に開示された方法では、エネルギー効率の向上や燃費の向上は図れても、エンジン自動車に慣れている運転者がエンジンブレーキと同様の感覚を期待してアクセルペダルを緩め、解放したときに、回生制動が機能しないと、不安感から慌ててブレーキペダルを踏み込んでしまう恐れがある。
本発明は、上記事情に鑑み、正回転及び逆回転ともに円滑な起動が行えると共に、強力なリラクタンストルクが得られ、振動や騒音、トルクリップルも低減することが可能な非正弦波駆動電動機を提供することを第一の目的とする。そして、通電停止直後に、通電時と同じ操作部の操作により回生制動が行えるうえ、回生制動を行う際に生じる電力を蓄電し、エネルギー効率を高めることが可能な非正弦波駆動電動機を提供することを第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の非正弦波駆動電動機は、回転軸を挟んで対称に配置された偶数の回転突極により回転突極対が形成された回転子と、上記回転子の周囲に対称に配置された偶数の固定突極により上記回転突極対の少なくとも三倍の固定突極対が形成され、該固定突極対に巻回された界磁巻線に給電される非正弦波の負荷電流により、該固定突極対それぞれが同時に磁化される固定子と、上記固定突極対それぞれと対応する位置に配置された磁気センサにより、上記回転突極中央部が上記固定突極の励磁領域を通過するタイミングを、少なくとも上記固定突極一つ分だけ早めに検出する検出手段と、上記回転突極対が上記固定突極対の励磁領域を通過するタイミングを検出する検出手段と、上記検出手段が検出したタイミングにより、上記界磁巻線への上記負荷電流の給電方向を切換える切換手段と、を備え、上記回転突極それぞれの回転方向の幅は、上記固定突極それぞれの少なくとも二つに跨る寸法を有すると共に、該回転突極それぞれは、該固定突極それぞれの少なくとも一つから着磁されて回転力を得ることを特徴とする。
このように、回転突極それぞれが少なくとも二つの固定突極に跨る寸法を有し、回転突極それぞれは、固定突極それぞれの少なくとも一つから着磁されて回転力を得ると共に、回転突極対が固定突極対を通過するタイミングを少なくとも固定突極一つ分だけ早めに検出して固定突極対の磁化を反転させるので、回転子が如何なる位置で停止していても、円滑に起動できる。また、回転軸を中心にして対称に配置された固定突極対が同時に磁化されるので、ラジアル方向に作用する力が相殺され、振動や騒音を抑制できる。さらに、固定突極対の数を増やせば、トルク変動が分散され、リップルを抑制することもできる。
【０００８】
ここで上記検出手段は、上記回転突極と同数の磁石が上記回転突極それぞれと対応する位置の周縁に配置された、上記回転子と同軸の回転体と、上記回転体の周囲の、隣接する少なくとも三つの上記固定突極それぞれと対応する位置から少なくとも該固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだ位置に配置され、入力された信号に上記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、ｍ及びｎを自然数、上記回転突極の数を２ｎとしたとき、上記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだ位置に配置され、入力された信号に上記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、上記切換手段は、上記正回転用磁気センサ又は上記逆回転用磁気センサから出力される上記信号の極性に応じて上記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことも好ましく、あるいは、上記検出手段は、上記回転突極と同数の磁石が上記回転突極それぞれと対応する位置よりも少なくとも上記固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだ位置の周縁に配置された、上記回転子と同軸の回転体と、上記回転体の周囲の、隣接する少なくとも三つの上記固定突極それぞれと対応する位置に配置され、入力された信号に上記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、ｍ及びｎを自然数、上記回転突極の数を２ｎとしたとき、上記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだ位置に配置され、入力された信号に上記磁石それぞれの磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、上記切換手段は、上記正回転用磁気センサ又は上記逆回転用磁気センサから出力される上記信号の極性に応じて上記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことも好ましい。
このように、周縁に磁石を配置した、回転子と同軸の回転体を設け、その周囲に正回転用磁気センサと逆回転用磁気センサとを所定の位置に配置し、回転突極対が固定突極対を通過するタイミングを少なくとも上記固定突極一つ分だけ早めに検出し、それら磁気センサの出力信号の極性に応じて負荷電流の給電方向を切換えれば、正回転及び逆回転何れの回転方向についても円滑に起動することができる。
また、力の大きさによる指令を受け、受けた力が所定値を超える場合は、該所定値を超える力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第１指令信号を生成する指令信号生成手段と、上記第１指令信号に応じたデューティ比の給電信号（ＰＷＭ信号）を出力する給電信号出力手段と、上記回転子の回転方向に関する指令を受けたとき、上記給電信号出力手段から出力された上記給電信号の入力先を、上記正回転用磁気センサ及び上記逆回転用磁気センサ何れか一方に切替える回転方向切替手段と、を備え、上記切換手段は、上記正回転用磁気センサ又は上記逆回転用磁気センサから出力される上記給電信号の極性に応じて上記負荷電流の給電方向を切換える一方、該給電信号のデューティ比に応じて該負荷電流を給電することができる。
このように、指令信号生成手段、給電信号出力手段、及び回転方向切替手段を備え、給電信号の入力先を正回転用磁気センサと逆回転用磁気センサの何れか一方に切り替えることにすれば、正回転及び逆回転何れの回転方向においても給電信号によって回転速度を調整することができる。
【０００９】
ここで、上記界磁巻線に通電される上記負荷電流の大きさを検出する負荷電流検出手段と、上記負荷電流検出手段により検出された上記負荷電流が閾値を超えたとき、過負荷信号を出力する過負荷電流制限手段と、を備え、上記給電信号生成手段は、上記過負荷信号が入力すると上記給電信号のデューティ比を減少させ、該過負荷信号が解消すると、減少させた該給電信号のデューティ比を、上記第１指令信号に応じたデューティ比まで増加させることが好ましい。
このようにすれば、負荷電流に何らかの異常が生じても、界磁巻線の焼損やモータの暴走を防ぐことができる。
また、上記指令信号生成手段は、上記受けた力が上記所定値以下の場合は、該所定値を下回る力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第２指令信号を生成するものであって、上記第２指令信号に応じたデューティ比の回生信号を出力する回生信号生成手段と、上記界磁巻線に誘起される電力を上記回生信号のデューティ比に応じて整流し、蓄電器に蓄電する回生電力制御手段と、を備え、上記第２指令信号のデューティ比に応じて回生制動することが好ましい。
このように指令信号生成手段に加える力を緩めることで第２指令信号を生成し、その指令信号に応じたデューティ比の回生信号によって誘起される電力を制御すれば一つの指令手段で加速することやエンジンブレーキを用いるような感覚で減速することができる。
さらに、上記指令信号生成手段は、並設された帯状の摺動面に抵抗体が形成され、該摺動面双方を長さ方向にスライドするスライド部材により抵抗値が変化する摺動抵抗器、及び力の大きさによる指令を受けたとき、受けた力に応じて該スライド部材をスライドさせるコントロール部材を有するものであって、該受けた力が上記所定値を超える場合には、該所定値を超える力の大きさに比例して抵抗値が減少する第１の抵抗体により上記第１指令信号を生成し、該受けた力が該所定値以下の場合には、該所定値を下回る力の大きさに比例して抵抗値が減少する第２の抵抗体により上記第２指令信号を生成することができる。
また上記切換手段は、上記ホール素子から出力された上記給電信号の極性に応じて上記負荷電流の方向を切換える一方、該給電信号のデューティ比に応じて該負荷電流を給電することができる。
また、上記界磁巻線への給電が停止されたとき、該界磁巻線に誘起される電力による回生電流を検出する回生電流検出手段と、上記回生電流検出手段により検出された上記回生電流が閾値を超えたとき、過電流信号を出力する過電流制限手段と、を備え、上記回生信号生成手段は、上記過電流信号が入力すると上記回生信号のデューティ比を減少させ、該過電流信号が解消すると、減少させた該回生信号のデューティ比を、上記第２指令信号に応じたデューティ比まで増加させることができる。
このようにすれば、異常が生じても界磁巻線が焼損することはない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の非正弦波駆動電動機によれば、対称に配置された回転突極対が固定突極対を通過するタイミングを正回転用磁気センサと逆回転用磁気センサとで検出して固定突極対の極性を反転させるので、正逆何れの方向に対しても各回転突極が各固定突極からトルクを得ることができ、回転子がいかなる位置で停止しても、正逆何れの回転方向でも円滑に起動することができる。また、回転子を挟んで対称に配置された固定突極対は同時に磁化されるので、ラジアル方向に作用する力が相殺され、振動や騒音を抑制できるうえ、固定突極対の数を増やせば、トルク変動が分散され、リップルも抑制することもできる。さらに、給電停止直後の回生制動を、給電操作手段と同じ操作手段で、簡易に行うことができるので、例えば電気自動車のアクセルペダルに適用すれば、エンジンブレーキと同様の感覚を得ることができるほか、回生制動で得られた電力を整流して、大容量キャパシタに蓄電し、２次電池に適正電圧で充電できるので、エネルギー効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本実施形態の非正弦波駆動電動機本体を示す模式図である（逆回転用磁気センサを２π／４ラジアン以上進んだ位置に配置）。
【図２】図２は、本実施形態の非正弦波駆動電動機本体を示す模式図である（逆回転用磁気センサを４π／４ラジアン以上進んだ位置に配置）。
【図３】図３は、本実施形態の非正弦波駆動電動機の給電・回生系及び給電・回生系を制御する信号系を示す機能ブロック図である。
【図４】図４は、界磁巻線対に対する給電・回生系及び信号系の詳細を示す図である。
【図５】図５は、本実施形態の指令信号生成部の１例を示すコントロールペダルの側面図である。
【図６】図６は、コントロールペダルに結合された摺動抵抗器を展開した図である。
【図７】図７は、回転方向転換手段により切替えられる各ホール素子と界磁巻線との関係を示す図である。
【図８】図８は、回転子が正回転（時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図９】図９は、回転子が正回転（時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１０】図１０は、回転子が正回転（時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１１】図１１は、回転子が正回転（時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１２】図１２は、回転子が正回転（時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１３】図１３は、回転子が正回転（時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１４】図１４は、回転子が逆回転（反時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１５】図１５は、回転子が逆回転（反時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１６】図１６は、回転子が逆回転（反時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１７】図１７は、回転子が逆回転（反時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１８】図１８は、回転子が逆回転（反時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【図１９】図１９は、回転子が逆回転（反時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の非正弦波励磁駆動電動機の実施形態について説明する。
図１及び図２は、本実施形態の非正弦波駆動電動機本体を示す模式図であり、図１は、逆回転用ホール素子それぞれが正回転用ホール素子それぞれよりも回転角で２π／４ラジアン以上進んだ位置に配置された例を示す模式図、図２は、逆回転用ホール素子それぞれが正回転用ホール素子それぞれよりも回転角で４π／４ラジアン以上進んだ位置に配置された例を示す模式図である。
図１に示す非正弦波駆動電動機本体は、回転子１と、固定子２と、回転子１と同軸に軸着された回転体３、及び回転体３の外周に配置された三つの正回転用ホール素子（本発明の「正回転用磁気センサ」に相当するｕ，ｖ，ｗ）１８及び三つの逆回転用ホール素子（（本発明の「逆回転用磁気センサ」に相当するｘ，ｙ，ｚ）１８を有する検知手段１６とを備えている。
回転子１は、回転軸１ａを挟んで４個の回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂが対称に配置され、２組の回転突極対（ＡＣとＢＤ）が形成されている。
固定子２は、１２個の固定突極２ｂが回転子１の周囲に対称に配置され、６組の固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ1．ｕ2，ｖ2，ｗ2）が形成されている。そして、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂそれぞれは、２つの固定突極２ｂに跨り、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂ相互間にある凹部は、１つの固定突極２ｂの幅よりも大きくなっている。
回転体３は、回転子１と共通の回転軸１ａに軸着されており、外縁には、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂと同数の永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂが隙間３ｃを開けて交互に配置されている。そして、永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂそれぞれは、回転突極対（ＡＣとＢＤ）それぞれよりも、固定突極２ｂの幅程度（固定突極２ｂ一つ分だけ）正回転方向（時計まわり）に進んだ位置に配置されている。
【００１３】
正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８及び逆回転用ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８それぞれは、入力端子と出力端子とを有し、回転体３の周囲に配置され、回転体３の外縁に交互に配置された永久磁石３ｂの磁極を検出し、入力された信号（給電信号）に、検出された磁極に応じた極性を付与して出力する。
正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８は、回転体３の周囲に設置され、隣接した３個の固定突極（ｕ1，ｖ1，ｗ１）２ｂと対応する位置に配置されている。一方、回転突極対（ＡＣとＢＤ）と永久磁石３ｂは同期して回転し、永久磁石３ｂは、回転突極対（ＡＣとＢＤ）よりも、固定突極２ｂの幅程度正回転方向（時計まわり）に進んだ位置に配置されている。
従って、各ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８は、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの中央が固定突極（ｕ１，ｖ１，ｗ１．ｕ２，ｖ２，ｗ２）２ｂの励磁領域を通過するのを、固定突極２ｂ一つ分だけ早めに検出し、永久磁石３ｂ相互間の隙間３ｃで一旦磁化を休止した後、異なる磁石３ｂを検出して、それまでとは極性が逆の給電信号を出力する。磁化休止時間は、固定突極２ｂのヒステリシス特性や発生する逆起電力等を勘案して、回転体３の永久磁石３ｂ相互間の隙間３ｃの大きさで調整することができる。この磁化休止時間により、回転突極対（ＡＣとＢＤ）が固定突極２ｂの励磁領域を通過するとき、固定突極２ｂから逆向きのトルクを受けないようにすることができる。また、回転突極１ｂが、少なくとも２つの固定突極２ｂに跨っているので、固定突極２ｂから着磁される磁化が打ち消されることはなく、回転子１が如何なる位置から起動する場合においても、回転突極１ｂが少なくとも1つの固定突極２ｂによって磁化されると共に、その固定突極２ｂの近傍の固定突極２ｂからリラクタンストルクを得て回転駆動することができる。
さらに、固定子２の１２個の固定突極２ｂには、図示しない界磁巻線が巻回され、６組の固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１．ｕ２，ｖ２，ｗ２）それぞれの界磁巻線それぞれは並列に接続されている。また、３組の固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ１）の界磁巻線は、全て同じ方向に巻回され、他の３組の固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）の界磁巻線も、全て同じ方向に巻回されている。従って、本実施形態の非正弦波駆動電動機本体は、３つの正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８により、全ての固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ1．ｕ2，ｖ2，ｗ2）の励磁領域の通過タイミングを検出することができる。
【００１４】
一方、逆回転用ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８は、正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８に対し、逆回転方向に回転角で９０度進んだ位置（２π／４ラジアン、すなわちｍが１、ｎが２の場合で、固定突極ｕ２，ｖ２，ｗ２と対応する位置）から、さらに、固定突極一つ分だけ進んだ位置（固定突極ｗ１，ｕ２，ｖ２と対応する位置）に配置されている。
従って、正回転する場合と同様、回転突極対（ＡＣ）をＮ極に、回転突極対（ＢＤ）をＳ極に着磁する一方、逆回転用ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８は、回転突極対（ＡＣとＢＤ）が固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１．ｕ２，ｖ２，ｗ２）の励磁領域を通過するのを、固定突極２ｂ一つ分だけ早めに検出し、永久磁石３ｂ相互間の隙間３ｃで一旦磁化を休止した後、異なる磁石３ｂを検出して、それまでとは逆極性の給電信号を出力する。これにより、少なくとも２つの固定突極２ｂに跨る回転突極１ｂは、それぞれの固定突極２ｂから着磁される磁極によって、磁化が打ち消されることはなく、回転突極１ｂは、少なくとも1つの固定突極２ｂによって磁化される一方、その近傍の固定突極２ｂからリラクタンストルクを得て回転駆動することができる。
ここで、ｎを自然数、回転突極数を２ｎ、固定突極数を２ｎＫ（但し、Ｋは3以上の整数）とすれば、正回転用ホール素子１８及び逆回転用ホール素子１８それぞれは、Ｋ個配置すればよい。
【００１５】
図２に示す非正弦波駆動電動機本体の逆回転用ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８それぞれは、正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８に対し、逆回転方向に回転角で１８０度進んだ位置（４π／４ラジアン、すなわちｍが２、ｎが２の場合で、固定突極ｕ１，ｖ１，ｗ１と対応する位置）から、さらに、固定突極一つ分だけ進んだ位置（固定突極ｗ２，ｕ１，ｖ１と対応する位置）に配置されている。
従って、正回転する場合と異なり、回転突極対（ＡＣ）をＳ極に、回転突極対（ＢＤ）をＮ極に着磁する一方、各ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８は、回転突極対（ＡＣとＢＤ）が固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１．ｕ２，ｖ２，ｗ２）の励磁領域を通過するのを、固定突極２ｂ一つ分だけ早めに検出し、永久磁石３ｂ相互の隙間３ｃで一旦磁化を休止した後、異なる磁石３ｂを検出して、それまでとは逆極性の給電信号を出力する。これにより、少なくとも２つの固定突極２ｂに跨る回転突極１ｂは、それぞれの固定突極２ｂから着磁される際に、磁化が打ち消されることはなく、回転突極１ｂは、少なくとも1つの固定突極２ｂによって磁化される一方、その近傍の固定突極２ｂからリラクタンストルクを得て回転駆動することができる。但し、正回転と逆回転とでは回転突極対（ＡＣとＢＤ）が異なる磁極に着磁されるので、逆回転用ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８それぞれから出力される信号を予め反転させて切換手段４に入力させることにより、正回転、逆回転の如何に拘わらず、回転突極対（ＡＣ）１ｂを同じ磁極に着磁することができる。
逆回転用ホール素子それぞれの配置例について、正回転用ホール素子それぞれから逆回転方向に回転角が２π／２ｎラジアン（９０度）進んだ位置の配置例、及び４π／２ｎラジアン（１８０度）進んだ位置の配置例について説明したが、６π／２ｎラジアン（２７０度）進んだ位置についても同様である。
【００１６】
ここで、本実施形態における検出手段１６は、回転体３外縁に、回転突極対（ＡＣとＢＤ）それぞれよりも、固定突極２ｂの幅程度（固定突極２ｂ一つ分だけ）正回転方向（時計まわり）に進んだ位置に永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂが配置され、その永久磁石を、固定突極２ｂと対応する位置に配置された正回転用ホール素子１８（あるいは正回転用ホール素子それぞれから逆回転方向に回転角が２π／２ｎラジアン進んだ位置に配置された逆回転用ホール素子１８）で検出することにより、回転突極中央が固定突極２ｂの励磁領域を通過するタイミングを、少なくとも固定突極２ｂ一つ分だけ早めに検出している。しかしながら、励磁領域の通過タイミングを、少なくとも固定突極２ｂ一つ分だけ早めに検出する方法は、回転体３の永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂの位置を、固定突極２ｂの幅程度正回転方向に進んだ位置に配置する方法に限定する必要はなく、正回転用ホール素子１８を固定突極２ｂの幅程度正回転方向に進んだ位置に配置し、逆回転用ホール素子１８それぞれを、正回転用ホール素子それぞれから逆回転方向に回転角が２π／２ｎラジアン（９０度）、４π／２ｎラジアン（１８０度）、あるいは６π／２ｎラジアン（２７０度）進んだ位置に配置しても同様の効果が得られる。
よって、以下に説明する検出手段１６は、回転体３外縁に、回転突極対（ＡＣとＢＤ）それぞれよりも、固定突極２ｂの幅程度（固定突極２ｂ一つ分だけ）正回転方向（時計まわり）に進んだ位置に永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂが配置され、正回転用ホール素子１８は、固定突極２ｂそれぞれと対応する位置に配置され、逆回転用ホール素子１８は正回転用ホール素子１８それぞれから回転角が２π／２ｎラジアン（９０度）進んだ位置に配置された例に基づいて説明する。
【００１７】
図３は、本実施形態の非正弦波駆動電動機の給電・回生系及び給電・回生系を制御する信号系を示す機能ブロック図である。
図３において、二重線の矢印は、給電・回生系を示し、一重線の矢印は、信号系を示す。
図３に示すように、本実施形態の給電・回生系及び信号系は、回転突極対（ＡＣとＢＤ）が固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ1．ｕ2，ｖ2，ｗ2）を通過するタイミングを検出し、給電信号に正負何れかの極性を付与する正回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８及び逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８と、ホール素子１８から出力される給電信号の不平衡分をカットするパルストランス（Ｔ１、Ｔ２，Ｔ３）１９と、ホール素子１８から出力される給電信号に基づいて、固定子２の界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１，ｃ２０，ｃ２１，ｃ３０，ｃ３１）２ｃに供給される非正弦波負荷電流の通電制御を行う切換手段（ｓ１，ｓ２，ｓ３）４と、矩形波を生成する矩形波生成部５と、回転速度に関する第１指令信号を生成する第1指令信号生成部及び回生制動に関する第２指令信号を生成する第２指令信号生成部８ｂを有する指令信号生成部８と、第１指令信号に応じたデューティ比の給電信号（ＰＷＭ信号）を生成する給電信号生成部６と、回転子１の回転方向についての指令を受けたとき、給電信号出力手段から出力された給電信号の入力先を、正回転用磁気センサ及び逆回転用磁気センサの何れか一方に切替え、回転方向を転換する回転方向切替手段１７と、第２指令信号に応じたデューティ比の回生信号（ＰＷＭ信号）を生成する回生信号生成部７と、界磁巻線に誘起される電力を全波整流する全波整流器１３と、回生信号に応じてスイッチング素子９ａを制御し、回生制動する回生電力制御部９と、回生電流の異常を検出する過電流検出部１２と、直流電源（二次電池）１０と、直流電源１０から界磁巻線対２ｃに給電される非正弦波負荷電流の異常を検出する過負荷電流検出部１１と、回生された電力を直流電源（二次電池）１０に充電する充電部１５と、を備えている。
【００１８】
正回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８及び逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８は、入力端子及び出力端子を持ち、入力端子からパルス幅変調された給電信号が入力したとき、検出された回転体３の磁極に応じてその給電信号に正負何れかの極性を付与して出力する。
切換手段４は、図４で示すように、ホール素子１８の出力端子から出力される給電信号の極性が正のとき、その給電信号のデューティ比に応じて通電時間が変わるスイッチング素子４ａと、給電信号の極性が負のとき、その給電信号のデューティ比に応じて通電時間が変わるスイッチング素子４ｂとを備え、界磁巻線対２ｃに供給される負荷電流の向きを給電信号の極性に応じて切換える一方、給電信号のデューティ比に応じて負荷電流の通電時間を変化させる。
指令信号生成部８は、図５及び図６で示すように、電動機の回転動作を指令するため、力の大きさによる指令を受け、受けたその力の大きさが所定値（ニュートラル）を越えた場合は、その所定値を超えるその力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第１指令信号（回転駆動信号）を生成する第１指令信号生成部８ａと、受けたその力が所定値以下の場合は、所定値を下回るその力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第２指令信号（回生制動信号）を生成する第２指令信号生成部８ｂとを有する。
給電信号生成部６は、第１指令信号生成部８ａから出力される第１指令信号（回転駆動信号）に応じたデューティ比の給電信号（ＰＷＭ信号）を出力する。
回転方向切替手段１７は、正回転方向に回転させる指令を受けたときは、給電信号生成部６から出力された給電信号（ＰＷＭ信号）の入力先を正回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８に切替え、逆回転方向に回転させる指令を受けたときは、給電信号生成部６から出力された給電信号（ＰＷＭ信号）の入力先を逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８に切り替える。
回生信号生成部７は、第２指令信号生成部８ｂから出力される第２指令信号（回生制動信号）に応じたデューティ比の回生信号（ＰＷＭ信号）を出力する。
回生電力制御部９は、直流電源１０から界磁巻線への通電が停止した後、その界磁巻線に誘起される交流電力を回生信号生成部７から出力される回生信号に基づいて、全波整流器８で整流された電力を大容量キャパシタに蓄電する。
過負荷電流検出部１１は、検出された負荷電流が閾値を超えたとき、給電信号生成部６における給電信号のデューティ比を減少させる。
過電流検出部１２は、直流電源１０から界磁巻線への通電が停止した後、検出された回生電流が閾値を超えたとき、回生信号生成部７における回生信号のデューティ比を減少させる。
充電部１５は、回生電力制御部９の大容量キャパシタに蓄電された電荷を直流電源１０の２次電池に充電する。
ここで、本実施形態の検出手段は、回転子の磁石の磁極をホール素子１８によって検出しているが、必ずしもホール素子である必要はない。
【００１９】
図４は、界磁巻線対に対する給電・回生系及び信号系の詳細を示す図である。
図４には、図１又は図２に示した６組の固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ1．ｕ2，ｖ2，ｗ2）それぞれに巻回され、並列に接続された界磁巻線対２ｃに対する給電・回生系及び給電・回生系を制御する信号系が示されている。図４に示すように、直流電源Ｐｉｎから負荷電流が給電される界磁巻線対２ｃには、切換手段４を形成する一対のスイッチング素子４ａと、一対のスイッチング素子４ｂが直列に接続され、各スイッチング素子４ａ，４ｂにはダイオード４ｅが並列に接続されている。また、界磁巻線対２ｃには、全波整流器１３が並列に接続され、全波整流器１３には、スイッチング素子（ＩＧＢＴ）９ａと、回生電流を蓄電するキャパシタ９ｂと、異常電流を検出する過電流検出部１２が直列に接続されている。スイッチング素子（ＩＧＢＴ）９ａは、第２指令信号生成部から入力する第２指令信号（回生制動信号）Ｒｉｎに基づき、回生信号生成部７で生成された回生信号に応じて通電時間が制御される。キャパシタ９ｂに蓄えられた電力は、充電量制御部１５を介して直流電源（二次電池）に充電される。
一方、ホール素子１８に入力した給電信号Ｓｉｎは、ホール素子１８で検出した磁石の磁極に応じた極性が付与され、パルストランスＴ経由で、切換手段４を形成するスイッチング素子４ａ，４ｂ（例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタのゲート（Ｇ））に入力される。そして、ゲート（Ｇ）に入力される給電信号Ｓｉｎの極性が正のときはスイッチング素子４ａが作動し、ゲート（Ｇ）に入力される給電信号Ｓｉｎの極性が負のときはスイッチング素子４ｂが作動する。その結果、直流電源（Ｐｉｎ）から一対の界磁巻線２ｃに給電される負荷電流の方向は、ホール素子１８で検出した磁石の磁極によって切り換わり、それに合わせて固定突極対の極性も反転する。
【００２０】
次に、指令信号生成部の一例について説明する。
図５は、本実施形態の指令信号生成部の１例を示すコントロールペダルの側面図であり、図５は、コントロールペダルに結合された摺動抵抗器を展開した図である。
図５に側面図を示すコントロールペダル８０は、ドラム外周の、ニュートラルゾーンを挟んだ両周縁に設けられた摺動抵抗器８２と、自在に回転するドラム回転軸８３と、回転軸８３が回転するのに合わせて回転して摺動抵抗器８２をスライドするスライドリード８４と、一端は棒状体８５に結合され、中間はフレキシブルチューブ８６で支持され、ドラムの巻取ガイド８１に巻き取られた他端は、スライドリード８４に接続されたワイヤ８７と、を備えている。そして、回転軸８３は、図に現れないスプリングで反時計回りに付勢され、棒状体８５は、中間を支点８８で支持され、他端には、外力を受けるペダル８９が設けてある。
ペダル８９が矢印方向に押されて力を受けると、受けた力の大きさに応じてワイヤ８７が引き出され、スライドリード８４と回転軸８３とが時計回りに回転してスライドリード８４が摺動抵抗器８２をスライドする。そのとき、スライドリード８４のリード線８４a、８４ｂと摺動抵抗器８２のリード線８２a、８２ｂとの間の抵抗値が変化する。
なお、ここではドラムが固定され、回転軸８３がスライドリード８４とともに回転するように構成されているが、ドラム自体が回転するように構成してもよい。また、摺動抵抗器８２は、必ずしもドラム外周に設ける必要はない。
【００２１】
図６に展開図を示す摺動抵抗器８２は、ニュートラルゾーン８２ｃを挟んで両側の一方の辺縁それぞれに、抵抗体を有する帯状の摺動面８２ｄが設けられ、スライドリード８４が摺動面８２ｄをスライドすることにより、スライドリード８４のリード線８４a、８４ｂと摺動抵抗器８２のリード線８２a、８２ｂとの間の抵抗値が変化するように構成されている。図の上側の摺動面８２ｄは、第１指令信号を生成し、図の下側の摺動面８２ｄは、第２指令信号を生成するためのものである。上側の摺動面８２ｄには、ニュートラルゾーン８２ｃまでは、抵抗体が形成されておらず、ニュートラルゾーン８２ｃから右方には、抵抗体が形成されている。一方、下側の摺動面８２ｄには、ニュートラルゾーン８２ｃまでは、抵抗体が形成され、ニュートラルゾーン８２ｃから右方には、抵抗体が形成されていない。
図６において、スライドリード８４が右方（矢印方向）に移動すると、上側の摺動面８２ｄにおいては、ニュートラルゾーン８２ｃまでは、抵抗値は最大値のまま変わらず、ニュートラルゾーン８２ｃからさらに右方に移動すると、抵抗値は最大値から次第に小さくなり、０になる。一方、下側の摺動面８２ｄにおいては、ニュートラルゾーン８２ｃまでは、抵抗値は０から次第に大きくなり、ニュートラルゾーン８２ｃ以降は最大値になる。次に、スライドリード８４が右方から左方に移動すると、上側の摺動面８２ｄは、抵抗値がゼロから次第に大きくなり、ニュートラルゾーン８２ｃ付近で最大値となり、ニュートラルゾーン８２ｃを超えても抵抗値は最大値のまま変わらない。一方、下側の摺動面８２ｄは、ニュートラルゾーン８２ｃまでは、抵抗値が最大値のままで、ニュートラルゾーン８２ｃからさらに左方に移動すると、抵抗値が次第に小さくなり、０になる。
上側の摺動面８２ｄの抵抗値の変化は、給電信号生成部６に反映され、出力される給電信号のデューティ比が変化する。また、下側の摺動面８２ｄの抵抗値の変化は、回生信号生成部７に反映される。
ここで、給電信号生成部６及び回生信号生成部７は、例えば時定数回路を備え、その時定数回路に供給される電圧を摺動抵抗器８２の抵抗値が変化することにより、パルス幅変調されて出力される給電信号及び回生信号のデューティ比を変化させることができる。なお、本実施形態では、指令信号の生成に当たり、受けた力の大きさを摺動抵抗器８２の抵抗値の変化に変換しているが、必ずしも抵抗値の変化に変換する必要はなく、キャパシタンスの変化、インダクタンスの変化、電圧の変化などに変換して給電信号生成部６や回生信号生成部７に反映させることもできる。
【００２２】
図７は、回転方向切替手段により切替えられる各ホール素子と界磁巻線との関係を示す図である。
図７に示すように、正回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８及び逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８それぞれは、パルストランス（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３）１９及び切換手段（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）４に接続され、切換手段（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）４は界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１，ｃ２０，ｃ２１，ｃ３０，ｃ３１）２ｃに接続されている。
回転方向切替手段１７は、例えば双極双投スイッチ（ＤＰＤＴ）で、給電信号Ｒｉｎを正回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８それぞれに一斉に入力するＡ接点と、給電信号Ｒｉｎを逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８それぞれに一斉に入力するＢ接点とを有する。
正回転用ホール素子（ｕ）１８と逆回転用ホール素子（ｘ）１８とは、パルストランス（Ｔ１）１９及び切換手段（Ｓ１）４に並列に接続され、切換手段（Ｓ１）４には界磁巻線対（Ｃ１０）２ｃと界磁巻線対（Ｃ１１）２ｃとが逆向きに並列に接続されている。また、正回転用ホール素子（ｖ）１８と逆回転用ホール素子（ｙ）１８とは、パルストランス（Ｔ２）１９及び切換手段（Ｓ２）４に並列に接続され、切換手段（Ｓ２）４には界磁巻線対（Ｃ２０）２ｃと界磁巻線対（Ｃ２１）２ｃとが逆向きに並列に接続されている。さらに、正回転用ホール素子（ｗ）１８と逆回転用ホール素子（ｚ）１８とは、パルストランス（Ｔ３）１９及び切換手段（Ｓ３）４に並列に接続され、切換手段（Ｓ３）４には界磁巻線対（Ｃ３０）２ｃと界磁巻線対（Ｃ３１）２ｃとが逆向きに並列に接続されている。
従って、例えば、仮に正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８又は逆回転用ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８が同じ磁極（例えばＮ極）を検出すれば、直流電源Ｐｉｎから給電され、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ２０，ｃ３０）２ｃを流れる負荷電流の方向と界磁巻線対（ｃ１１，ｃ２１，ｃ３１）２ｃを流れる負荷電流の方向とは図の矢印で示すように互いに逆向きになる。
いま、回転方向切替手段１７が、Ｂ接点側に作動したときは、給電信号Ｒｉｎを逆回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８それぞれに一斉に入力し、逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８が回転体３の永久磁石３ｂのＮ極を検出したときは、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ２０，ｃ３０）２ｃは固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１）をＮ極に磁化し、界磁巻線対（ｃ１１，ｃ２１，ｃ３１）２ｃは固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）をＳ極に磁化する。同様に、逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８が回転体３の永久磁石３ｂのＳ極を検出したときは、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ２０，ｃ３０）２ｃは固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１）をＳ極に磁化し、界磁巻線対（ｃ１１，ｃ２１，ｃ３１）２ｃは固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）をＮ極に磁化する。
また、回転方向切替手段１７がＡ接点側に作動したときは、給電信号Ｒｉｎを正回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８それぞれに一斉に入力するので、正回転用ホール素子（ｕ、ｖ、ｗ）１８が回転体３の永久磁石３ｂのＮ極を検出したときは、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ２０，ｃ３０）２ｃは固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１）をＮ極に磁化し、界磁巻線対（ｃ１１，ｃ２１，ｃ３１）２ｃは固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）をＳ極に磁化する。同様に、正回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８が回転体３の永久磁石３ｂのＳ極を検出したときは、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ２０，ｃ３０）２ｃは固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１）をＳ極に磁化し、界磁巻線対（ｃ１１，ｃ２１，ｃ３１）２ｃは固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）をＮ極に磁化する。
【００２３】
次に本実施形態の非正弦波駆動電動機本体が正回転する場合と、逆回転する場合の作用について説明する。
図８〜図１３は、回転子が正回転（時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図であり、図１４〜図１９は、逆回転（反時計回り）する場合の非正弦波駆動電動機本体の励磁状態を示す図である。
図８〜図１３における回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、正回転方向に、回転角が７５度回転するまで、１５度ずつ回転させた各位置を示し、９０度回転した位置は、図８の回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）における、Ｂの位置にＡが、Ａの位置にＤが移動したものと同じであること、また図１４〜図１９における回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）は、逆回転方向に、回転角が７５度回転するまで、１５度ずつ回転させた各位置を示し、９０度回転した位置は、図１４の回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）における、Ｄの位置にＡが、Ａの位置にＢが移動したものと同じであることから、図及び説明を省略する。
【００２４】
［正回転］
図８に示すように、各ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８が、回転体３の永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂの隙間３ｃよりも内側にある場合には、ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８は全て、永久磁石３ｂのＳ極を検出し、検出されたＳ極により、負極性が付与された給電信号によって制御された切換手段（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）４を介して直流電源Ｐｉｎから界磁巻線対（ｃ１０，ｃ２０，ｃ３０，ｃ１１，ｃ２１，ｃ３１）２ｃに負荷電流が給電される。固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１）はＳ極に磁化され、固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）は、Ｎ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｕ１）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｕ２）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｖ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｗ２）から反発力を受け、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｖ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｗ１）から反発力を受けるので、回転子１は、時計方向に回転駆動される。
【００２５】
図９に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図８に対して１５度変化し、永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂの隙間３ｃが、ホール素子（ｕ）１８の位置にある場合は、ホール素子（ｕ）１８は、永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂの磁極を検出しないので、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１）には負荷電流が給電されず、固定突極対（ｕ１，ｕ２）は磁化されない。一方、ホール素子（ｖ，ｗ）１８は、永久磁石３ｂのＳ極を検出し、検出されたＳ極により、負極性が付与された給電信号によって制御された切換手段（Ｓ２，Ｓ３）４を介して直流電源Ｐｉｎから界磁巻線対（ｃ２０，ｃ３０，ｃ２１，ｃ３１）２ｃに負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｖ１，ｗ１）はＳ極に磁化され、固定突極対（ｖ２，ｗ２）はＮ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｖ１）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｖ２）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｖ１）及び固定突極対（ｗ１）から吸引力を受けると共に、固定突極対（ｗ２）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｖ２）及び固定突極対（ｗ１）から吸引力を受けると共に、固定突極対（ｗ１）から反発力を受けるので、回転子１は、時計方向に回転駆動される。
【００２６】
図１０に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図８に対して３０度変化し、ホール素子（ｕ）１８とホール素子（ｖ）８の中間に、永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂの隙間３ｃが位置する場合は、ホール素子（ｕ）１８は、永久磁石３ｂのＮ極を検出し、検出されたＮ極により、正極性が付与された給電信号によって制御された切換手段（Ｓ１）４を介して直流電源Ｐｉｎから界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１）に負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２）は、反対のＳ極に磁化される。一方、ホール素子（ｖ，ｗ）１８は、永久磁石３ｂのＳ極を検出し、検出されたＳ極により、負極性が付与された給電信号によって制御された切換手段（Ｓ２，Ｓ３）４を介して直流電源Ｐｉｎから界磁巻線対（ｃ２０，ｃ３０，ｃ２１，ｃ３１）には負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｖ１，ｗ１）はＳ極に励磁され、固定突極対（ｖ２，ｗ２）はＮ極に励磁される。その結果、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｖ１）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｖ２）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｗ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ１）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｗ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ２）から反発力を受けるので、回転子１は、時計方向に回転駆動される。
【００２７】
図１１に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図８に対して４５度変化し、永久磁石（Ｎ極、Ｓ極）３ｂの隙間３ｃが、ホール素子（ｖ）１８の位置にある場合は、ホール素子（ｖ）１８は、永久磁石３ｂの磁極を検出しないので、界磁巻線対（ｃ２０、ｃ２１）には負荷電流が給電されず、固定突極対（ｖ１，ｖ２）は磁化されない。一方、ホール素子（ｕ）１８は、永久磁石３ｂのＮ極を検出し、ホール素子（ｗ）１８は、永久磁石３ｂのＳ極を検出し、界磁巻線対（ｃ１０、ｃ１１、ｃ３０、ｃ３１）には負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２）はＳ極に磁化される。また、固定突極対（ｗ１）はＳ極に磁化され、固定突極対（ｗ２）はＮ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｗ１）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｗ２）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｗ１）及び固定突極対（ｕ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ１）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｗ２）及び固定突極対（ｕ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ２）から反発力を受けるので、回転子１は、時計方向に回転駆動される。
【００２８】
図１２に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図８に対して６０度変化し、ホール素子（ｖ）１８とホール素子（ｗ）１８の中間に永久磁石３ｂの隙間３ｃが位置する場合は、ホール素子（ｕ，ｖ）１８は、永久磁石３ｂのＮ極を検出し、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１，ｃ２０，ｃ２１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１，ｖ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２，ｖ２）は、反対のＳ極に磁化される。一方、ホール素子（ｗ）１８は、永久磁石３ｂのＳ極を検出し、界磁巻線対（ｃ３０，ｃ３１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｗ１）はＳ極に磁化され、固定突極対（ｗ２）はＮ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｗ１）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｗ２）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｕ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ１）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｕ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ２）から反発力を受けるので、回転子１は、時計方向に回転駆動される。
【００２９】
図１３に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図８に対して７５度変化し、永久磁石３ｂの隙間３ｃがホール素子（ｗ）１８の位置にある場合は、ホール素子（ｗ）１８は、永久磁石３ｂの磁極を検出しないので、界磁巻線対（ｃ３０，ｃ３１）には負荷電流が給電されず、固定突極対（ｗ１，ｗ２）は磁化されない。一方、ホール素子（ｕ，ｖ）１８は、永久磁石３ｂのＮ極を検出し、界磁巻線対（ｃ２０，ｃ２１，ｃ３０，ｃ３１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１，ｖ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２，ｖ２）はＳ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ）は、固定突極対（ｕ２）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ）は、固定突極対（ｕ１）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｕ２）及び固定突極対（ｖ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ１）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｕ１）及び固定突極対（ｖ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ２）から反発力を受けるので、回転子１は、時計方向に回転駆動される。
ここで、図８〜図１３から明らかなように、回転子１が如何なる位置にあっても、ＡＣはＮ極に磁化され、ＢＤはＳ極に磁化される。
一方、回転体３には永久磁石３ｂが４つ、固定突極２ｂの幅よりも大きい隙間３ｃを開けて、交互にＮ極とＳ極が配置されている。それらの永久磁石３ｂは、回転突極１ｂ中央よりも固定突極２ｂの回転方向の幅（ここでは回転角で約１５度）だけ進相した位置に配置されているので、回転突極１ａが２つの固定突極２ｂに跨るときの、後方の固定突極２ｂが磁化休止となるか、あるいは異なる磁極に磁化されるので、常にリラクタンストルクが得られ、本実施形態の非正弦波駆動電動機を円滑に起動することができる。
【００３０】
また、本実施形態の回転子１は、４つの回転突極１ｂ、２組の回転突極対（ＡＣとＢＤ）を有し、固定子２は、１２個の固定突極２ｂ、６組の固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ1．ｕ2，ｖ2，ｗ2）を有するが、必ずしもこの構成に限定する必要はなく、回転突極１ｂの数が２ｎ（ｎは、整数）、固定子２の固定突極２ｂの数が２ｎＫ（Ｋは、３以上の整数）、回転体３の磁極数が２ｎ、ホール素子１８の配置数が正回転用Ｋ個、逆回転用Ｋ個の場合には、同様の効果が得られる。
本実施形態の非正弦波駆動電動機は、回転突極数及び固定突極数がこのように設定される一方、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ａそれぞれは、２つの固定突極２ｂに跨り、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ａ相互間にある凹部は、１つの固定突極２ｂの幅よりも大きくなるように設定されるので、回転突極１ｂの位置に拘わらず、円滑に起動することができる。また、回転突極１ｂ及び固定突極２ｂが偶数で回転軸１ａを中心にして対称に配置されるので、界磁巻線対２ｃを並列に接続すれば、対称な位置に配置された回転突極１ｂ及び固定突極２ｂは、同じ極性に同時に磁化され、また磁化休止時間を経て極性が反転するので、騒音や振動が抑制される。また、固定突極２ｂや回転突極１ｂの数を多くすれば、直径方向に働く力が分散され、トルクリップルが抑制される。
【００３１】
［逆回転］
図１４〜図１９における回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂは、逆回転方向に、回転角が７５度回転するまで、１５度ずつ回転させた各位置を示している。
回転子１を逆方向に回転させるには、図７で示したように回転方向切替手段１７をＢ接点側に作動させる。その結果、切換手段（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３）４には逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８から出力される給電信号が入力し、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１，ｃ２０，ｃ２１，ｃ３０，ｃ３１）２ｃには、逆回転用ホール素子（ｘ、ｙ、ｚ）１８から出力される給電信号によって制御された切換手段（Ｓ１，ｓ２，Ｓ３）４から、負荷電流が供給される。
【００３２】
図１４に示すように、永久磁石の隙間３ｃがホール素子（ｘ）１８とホール素子（ｙ）１８の間に在る場合は、ホール素子（ｘ）１８は、永久磁石３ｂのＳ極を検出する。ホール素子（ｘ）１８から出力された給電信号は切換手段（ｓ１）４に入力され、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１）２ｃの負荷電流を給電するので、固定突極対（ｕ１）はＳ極に、固定突極対（ｕ２）はＮ極に磁化される。また、ホール素子（ｙ）１８から出力された給電信号は切換手段（ｓ２）４に入力され、界磁巻線対（ｃ２０，ｃ２１）２ｃの負荷電流を給電し、固定突極対（ｖ１）はＮ極に、固定突極対（ｖ２）はＳ極に磁化される。さらに、ホール素子（ｗ）１８から出力された給電信号は切換手段（ｓ３）４に入力され、界磁巻線対（ｃ３０，ｃ３１）２ｃの負荷電流を給電し、固定突極対（Ｗ１）はＮ極に、固定突極対（ｗ２）はＳ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｕ１）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｕ２）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｗ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ１）から反発力を受ける。また回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｗ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ２）から反発力を受けるので、回転子１は、反時計方向に回転駆動される。
【００３３】
図１５に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図１４に対して１５度変化し、永久磁石３ｂの隙間３ｃが、ホール素子（ｘ）１８の位置にある場合は、ホール素子（ｘ）８は、永久磁石３ｂの磁極を検出しないので、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１）２ｃには負荷電流が給電されず、固定突極対（ｕ１，ｕ２）は磁化されない。一方、ホール素子（ｙ，ｚ）８は、Ｎ極を検出し、界磁巻線対（ｃ２０，ｃ２１，ｃ３０，ｃ３１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｖ１，ｗ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｖ２，ｗ２）はＳ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｗ２）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｗ１）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｗ２）及び固定突極対（ｖ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ１）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｗ１）及び固定突極対（ｖ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｖ２）から反発力を受けるので、回転子１は、反時計方向に回転駆動される。
【００３４】
図１６に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図１４に対して３０度変化し、永久磁石３ｂの隙間３ｃ相互間に全てのホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８が位置する場合は、ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８それぞれは、永久磁石３ｂのＮ極を検出し、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１，ｃ２０，ｃ２１，ｃ３０，ｃ３１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）はＳ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｗ２）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｗ１）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｖ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ１）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｖ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ２）から反発力を受けるので、回転子１は、反時計方向に回転駆動される。
【００３５】
図１７に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図１４に対して４５度変化し、永久磁石３ｂの隙間３ｃが、ホール素子（ｚ）１８の位置にある場合は、ホール素子（ｚ）１８は、磁極を検出しないので、界磁巻線対（ｃ３０、ｃ３１）２ｃには負荷電流が給電されず、固定突極対（ｗ１，ｗ２）は磁化されない。一方、ホール素子（ｘ，ｙ）１８は、永久磁石３ｂのＮ極を検出し、界磁巻線対（ｃ１０、ｃ１１、ｃ２０、ｃ２１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２）はＳ極に磁化される。また、固定突極対（ｖ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｖ２）は反対にＳ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｗ１）によってＳ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｗ２）によってＮ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｖ２）及び固定突極対（ｕ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ１）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｖ１）及び固定突極対（ｕ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｕ２）から反発力を受けるので、回転子１は、反時計方向に回転駆動される。
【００３６】
図１８に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図１４に対して６０度変化し、ホール素子（ｙ）１８とホール素子（ｚ）１８の中間に永久磁石３ｂの隙間３ｃが位置する場合は、ホール素子（ｘ，ｙ）８は、永久磁石３ｂのＮ極を検出し、界磁巻線対（ｃ１０，ｃ１１，ｃ２０，ｃ２１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１，ｖ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２，ｖ２）は、Ｓ極に磁化される。また、ホール素子（ｚ）１８は、Ｓ極を検出し、界磁巻線対（ｃ３０，ｃ３１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｗ１）はＳ極に磁化され、固定突極対（ｗ２）はＮ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｖ２）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｖ１）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｕ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｗ２）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｕ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｗ１）から反発力を受けるので、回転子１は、反時計方向に回転駆動される。
【００３７】
図１９に示すように、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの位置が図１４に対して７５度変化し、永久磁石３ｂの隙間３ｃがホール素子（ｙ）１８の位置にある場合は、ホール素子（ｙ）１８は、永久磁石３ｂの磁極を検出しないので、界磁巻線対（ｃ２０，ｃ２１）２ｃには負荷電流が給電されず、固定突極対（ｖ１，ｖ２）は磁化されない。一方、ホール素子（ｘ）１８は、Ｎ極を検出し、ホール素子（ｚ）１８は、Ｓ極を検出するので界磁巻線対（ｃ３０，ｃ３１，ｃ１０，ｃ１１）２ｃには負荷電流が給電される。そして、固定突極対（ｕ１）はＮ極に磁化され、固定突極対（ｕ２）はＳ極に磁化される。また、固定突極対（ｗ１）はＳ極に磁化され、固定突極対（ｗ２）はＮ極に磁化される。その結果、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｕ２）によってＮ極が着磁し、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｕ１）によってＳ極が着磁する。よって、回転突極対（ＡＣ)は、固定突極対（ｕ２）及び固定突極対（ｗ１）から吸引力を受け、固定突極対（ｗ２）から反発力を受ける。さらに、回転突極対（ＢＤ)は、固定突極対（ｕ１）及び固定突極対（ｗ２）から吸引力を受け、固定突極対（ｗ１）から反発力を受けるので、回転子１は、反時計方向に回転駆動される。
ここで、図８〜図１９から明らかなように、正回転、逆回転何れの場合においても、回転突極１ｂの位置如何にかかわらず、ＡＣはＮ極に磁化され、ＢＤはＳ極に磁化されて回転力を得ることができる。従って、本実施形態の回転子は、電磁鋼板を打ち抜いたものを用いているが、強磁性体を成形したものであってもよく、それによってさらに強力なトルクを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明の非正弦波駆動電動機は、電気で駆動する自動車、自動二輪車、自転車のみならず、ＯＡ機器、ＡＶ機器、ＰＣ周辺機器、家電機器、産業用機器などに幅広く利用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１    回転子
１ａ  回転軸
１ｂ  回転突極
２    固定子
２ｂ  固定突極
２ｃ  界磁巻線
３    回転体
３ｂ  永久磁石
３ｃ  隙間
４ａ、４ｂ  スイッチング素子
４ｅ    ダイオード
４    切換手段
５    矩形波信号手段
６    給電信号生成部
７    回生信号生成部
８    指令信号生成部
８ａ  第１指令信号生成部
８ｂ  第２指令信号生成部
９    回生電力制御部
９ａ  スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
９ｂ  キャパシタ
１０  直流電源
１１  負荷電流検出部
１２  過電流検出部
１３  全波整流器
１４  過電流制限部
１５  充電量制御部
１６  検出手段
１７  回転方向切替手段
１８  ホール素子
１９  パルストランス
８０  コントロールペダル
８１  巻取ガイド
８２  摺動抵抗器
８２ａ、８２ｂ  摺動抵抗器のリード線
８２ｃ  ニュートラルゾーン
８２ｄ  抵抗面
８４  スライドリード
８４ａ、８４ｂ  スライドリードのリード線
８５  棒状体
８６  フレキシブルチューブ
８７  ワイヤ
８８  支点
８９  ペダル    
【図１】
2013201858.tif 000003
【図２】
2013201858.tif 000004
【図３】
2013201858.tif 000005
【図４】
2013201858.tif 000006
【図５】
2013201858.tif 000007
【図６】
2013201858.tif 000008
【図７】
2013201858.tif 000009
【図８】
2013201858.tif 000010
【図９】
2013201858.tif 000011
【図１０】
2013201858.tif 000012
【図１１】
2013201858.tif 000013
【図１２】
2013201858.tif 000014
【図１３】
2013201858.tif 000015
【図１４】
2013201858.tif 000016
【図１５】
2013201858.tif 000017
【図１６】
2013201858.tif 000018
【図１７】
2013201858.tif 000019
【図１８】
2013201858.tif 000020
【図１９】
2013201858.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月11日(2012.4.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ここで上記検出手段は、上記回転突極と同数の磁石が上記回転突極それぞれと対応する位置の周縁に配置された、上記回転子と同軸の回転体と、上記回転体の周囲に配置され、隣接する少なくとも三つの上記固定突極それぞれと対応する位置から少なくとも該固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだそれぞれの位置で上記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、上記回転体の周囲に配置され、ｍ及びｎを自然数、上記回転突極の数を２ｎとしたとき、上記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだそれぞれの位置で上記磁石それぞれの磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、上記切換手段は、上記正回転用磁気センサ又は上記逆回転用磁気センサから出力される上記信号の極性に応じて上記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことも好ましく、
あるいは、上記検出手段は、上記回転突極と同数の磁石が上記回転突極それぞれと対応する位置よりも少なくとも上記固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだ位置の周縁に配置された、上記回転子と同軸の回転体と、上記回転体の周囲に配置され、隣接する少なくとも三つの上記固定突極それぞれと対応するそれぞれの位置で上記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、上記回転体の周囲に配置され、ｍ及びｎを自然数、上記回転突極の数を２ｎとしたとき、上記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだそれぞれの位置で上記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、上記切換手段は、上記正回転用磁気センサ又は上記逆回転用磁気センサから出力される上記信号の極性に応じて上記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことも好ましい。
このように、周縁に磁石を配置した、回転子と同軸の回転体を設け、その周囲に正回転用磁気センサと逆回転用磁気センサとを所定の位置に配置し、回転突極対が固定突極対を通過するタイミングを少なくとも上記固定突極一つ分だけ早めに検出し、それら磁気センサの出力信号の極性に応じて負荷電流の給電方向を切換えれば、正回転及び逆回転何れの回転方向についても円滑に起動することができる。
また、力の大きさによる指令を受け、受けた力が所定値を超える場合は、該所定値を超える力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第１指令信号を生成する指令信号生成手段と、上記第１指令信号に応じたデューティ比の給電信号（ＰＷＭ信号）を出力する給電信号出力手段と、上記回転子の回転方向に関する指令を受けたとき、上記給電信号出力手段から出力された上記給電信号の入力先を、上記正回転用磁気センサ及び上記逆回転用磁気センサ何れか一方に切替える回転方向切替手段と、を備え、上記切換手段は、上記正回転用磁気センサ又は上記逆回転用磁気センサから出力される上記給電信号の極性に応じて上記負荷電流の給電方向を切換える一方、該給電信号のデューティ比に応じて該負荷電流を給電することができる。
このように、指令信号生成手段、給電信号出力手段、及び回転方向切替手段を備え、給電信号の入力先を正回転用磁気センサと逆回転用磁気センサの何れか一方に切り替えることにすれば、正回転及び逆回転何れの回転方向においても給電信号によって回転速度を調整することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８及び逆回転用ホール素子（ｘ，ｙ，ｚ）１８それぞれは、入力端子と出力端子とを有し、回転体３の周囲に配置され、回転体３の外縁に交互に配置された永久磁石３ｂの磁極を検出し、入力された信号（給電信号）に、検出された磁極に応じた極性を付与して出力する。
正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８は、回転体３の周囲に設置され、隣接した３個の固定突極（ｕ1，ｖ1，ｗ１）２ｂと対応する位置に配置されている。一方、回転突極対（ＡＣとＢＤ）と永久磁石３ｂは同期して回転し、永久磁石３ｂは、回転突極対（ＡＣとＢＤ）よりも、固定突極２ｂの幅程度正回転方向（時計まわり）に進んだ位置に配置されている。
従って、各ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８は、回転突極（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）１ｂの中央が固定突極（ｕ１，ｖ１，ｗ１．ｕ２，ｖ２，ｗ２）２ｂの励磁領域を通過するのを、固定突極２ｂ一つ分だけ早めに検出し、永久磁石３ｂ相互間の隙間３ｃで一旦磁化を休止した後、異なる磁石３ｂを検出して、それまでとは極性が逆の給電信号を出力する。磁化休止時間は、固定突極２ｂのヒステリシス特性や発生する逆起電力等を勘案して、回転体３の永久磁石３ｂ相互間の隙間３ｃの大きさで調整することができる。この磁化休止時間により、回転突極対（ＡＣとＢＤ）が固定突極２ｂの励磁領域を通過するとき、固定突極２ｂから逆向きのトルクを受けないようにすることができる。また、回転突極１ｂが、少なくとも２つの固定突極２ｂに跨っているので、固定突極２ｂから着磁される磁化が打ち消されることはなく、回転子１が如何なる位置から起動する場合においても、回転突極１ｂが少なくとも1つの固定突極２ｂによって磁化されると共に、その固定突極２ｂの近傍の固定突極２ｂからリラクタンストルクを得て回転駆動することができる。
さらに、固定子２の１２個の固定突極２ｂには、図示しない界磁巻線が巻回され、６組の固定突極対（ｕ１，ｖ１，ｗ１．ｕ２，ｖ２，ｗ２）それぞれの界磁巻線それぞれは並列に接続されている。また、３組の固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ１）の界磁巻線は、全て同じ方向に巻回され、他の３組の固定突極対（ｕ２，ｖ２，ｗ２）の界磁巻線にあっても、全て同じ方向に巻回されている。従って、本実施形態の非正弦波駆動電動機本体は、３つの正回転用ホール素子（ｕ，ｖ，ｗ）１８により、全ての固定突極対（ｕ1，ｖ1，ｗ1．ｕ2，ｖ2，ｗ2）の励磁領域の通過タイミングを検出することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
前記検出手段は、
前記回転突極と同数の磁石が前記回転突極それぞれと対応する位置の周縁に配置された、前記回転子と同軸の回転体と、
前記回転体の周囲に配置され、隣接する少なくとも三つの前記固定突極それぞれと対応する位置から少なくとも該固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだそれぞれの位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、
前記回転体の周囲に配置され、ｍ及びｎを自然数、前記回転突極の数を２ｎとしたとき、前記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだそれぞれの位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非正弦波駆動電動機。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項３】
前記検出手段は、
前記回転突極と同数の磁石が前記回転突極それぞれと対応する位置よりも少なくとも前記固定突極一つ分だけ正回転方向に進んだ位置の周縁に配置された、前記回転子と同軸の回転体と、
前記回転体の周囲に配置され、隣接する少なくとも三つの前記固定突極それぞれと対応する位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、
前記回転体の周囲に配置され、ｍ及びｎを自然数、前記回転突極の数を２ｎとしたとき、前記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに少なくとも該固定突極一つ分だけ該逆回転方向に進んだそれぞれの位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非正弦波駆動電動機。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013201858.tif 000022
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2013201858.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月15日(2012.6.15)
【手続補正１】
【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】
回転軸を挟んで対称に配置された偶数の回転突極により回転突極対が形成された回転子と、
前記回転子の周囲に対称に配置された偶数の固定突極により前記回転突極対の少なくとも三倍の固定突極対が形成され、該固定突極対に巻回された界磁巻線に給電される非正弦波の負荷電流により、該固定突極対それぞれが同時に磁化される固定子と、
力の大きさによる指令を受け、受けた力が所定値を超える場合は、該所定値を超える力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第１指令信号を生成する指令信号生成手段と、
前記第１指令信号に応じたデユーティ比の給電信号を出力する給電信号生成手段と、
前記固定突極それぞれと対応する位置に配置された正回転用磁気センサ及び逆回転用磁気センサにより、前記回転突極中央部が前記固定突極の励磁領域を通過するタイミングを、前記固定突極一つ乃至二つ分だけ早めに検出し、入力された前記給電信号に所定の極性を付与する検出手段と、
前記回転子の回転方向に関する指令を受けたとき、前記給電信号生成手段から出力された前記給電信号の入力先を、前記正回転用磁気センサ及び前記逆回転用磁気センサ何れか一方に切替える回転方向切替手段と、
前記検出手段が検出したタイミングにより、前記界磁巻線への前記負荷電流の給電方向を切換える切換手段と、
前記回転突極それぞれの回転方向の幅は、前記固定突極それぞれの少なくとも二つに跨る寸法を有すると共に、該回転突極それぞれは、回転位置に拘わらず該固定突極それぞれの少なくとも一つから同じ磁極に着磁されて回転力を得ることを特徴とする非正弦波駆動電動機。
【請求項２】
前記検出手段は、
前記回転突極と同数の磁石が前記回転突極それぞれと対応する位置の周縁に配置された、前記回転子と同軸の回転体と、
前記回転体の周囲に配置され、隣接する少なくとも三つの前記固定突極それぞれと対応する位置から該固定突極一つ乃至二つ分だけ正回転方向に進んだそれぞれの位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、
前記回転体の周囲に配置され、ｍ及びｎを自然数、前記回転突極の数を２ｎとしたとき、前記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに該固定突極一つ乃至二つ分だけ逆回転方向に進んだそれぞれの位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項３】
前記検出手段は、
前記回転突極と同数の磁石が前記回転突極それぞれと対応する位置よりも前記固定突極一つ乃至二つ分だけ正回転方向に進んだ位置の周縁に配置された、前記回転子と同軸の回転体と、
前記回転体の周囲に配置され、隣接する少なくとも三つの前記固定突極それぞれと対応する位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの正回転用磁気センサと、
前記回転体の周囲に配置され、ｍ及びｎを自然数、前記回転突極の数を２ｎとしたとき、前記正回転用磁気センサそれぞれよりも逆回転方向に回転角が２ｍπ／２ｎラジアン進んだ位置から、さらに該固定突極一つ乃至二つ分だけ逆回転方向に進んだそれぞれの位置で前記磁石の磁極を検出し、入力された信号に検出された該磁極に応じた極性を付与して出力する少なくとも三つの逆回転用磁気センサと、を有し、
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換えるスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項４】
前記切換手段は、
前記正回転用磁気センサ又は前記逆回転用磁気センサから出力される前記給電信号の極性に応じて前記負荷電流の給電方向を切換える一方、該給電信号のデューティ比に応じて該負荷電流を給電することを特徴とする請求項１から３のうちの何れか１項記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項５】
前記界磁巻線に通電される前記負荷電流の大きさを検出する負荷電流検出手段と、
前記負荷電流検出手段により検出された前記負荷電流が閾値を超えたとき、過負荷信号を出力する過負荷電流制限手段と、を備え、
前記給電信号生成手段は、前記過負荷信号が入力すると前記給電信号のデューティ比を減少させ、該過負荷信号が解消すると、減少させた該給電信号のデューティ比を、前記第１指令信号に応じたデューティ比まで増加させることを特徴とする請求項１から４のうちの何れか１項記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項６】
前記指令信号生成手段は、前記受けた力が前記所定値以下の場合は、該所定値を下回る力の大きさに比例して線形素子の特性値が変化する第２指令信号を生成するものであって、
前記第２指令信号に応じたデューティ比の回生信号を出力する回生信号生成手段と、
前記界磁巻線に誘起される電力を前記回生信号のデューティ比に応じて整流し、蓄電器に蓄電する回生電力制御手段と、を備え、
前記第２指令信号のデューティ比に応じて回生制動することを特徴とする請求項１から５のうちの何れか１項記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項７】
前記指令信号生成手段は、並設された帯状の摺動面に抵抗体が形成され、該摺動面双方を長さ方向にスライドするスライド部材により抵抗値が変化する摺動抵抗器、及び前記力の大きさによる指令を受けたとき、前記受けた力に応じて該スライド部材をスライドさせるコントロール部材を有するものであって、該受けた力が前記所定値を超える場合には、該所定値を超える力の大きさに比例して抵抗値が減少する第１の抵抗体により前記第１指令信号を生成し、該受けた力が該所定値以下の場合には、該所定値を下回る力の大きさに比例して抵抗値が減少する第２の抵抗体により前記第２指令信号を生成することを特徴とする請求項６記載の非正弦波駆動電動機。
【請求項８】
前記界磁巻線への給電が停止されたとき、該界磁巻線に誘起される電力による回生電流を検出する回生電流検出手段と、
前記回生電流検出手段により検出された前記回生電流が閾値を超えたとき、過電流信号を出力する過電流制限手段と、を備え、
前記回生信号生成手段は、前記過電流信号が入力すると前記回生信号のデューティ比を減少させ、該過電流信号が解消すると、減少させた該回生信号のデューティ比を、前記第２指令信号に応じたデューティ比まで増加させることを特徴とする請求項６又は７記載の非正弦波駆動電動機。