WO2005112231A1

WO2005112231A1 - 電動機

Info

Publication number: WO2005112231A1
Application number: PCT/JP2005/009316
Authority: WO
Inventors: Kesatoshi Takeuchi; Takahiro Sagawa
Original assignee: Seiko Epson Corporation
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2005-11-24
Also published as: KR100748789B1; CN1820403A; CN100511928C; EP1646130A1; WO2005112230A1; JPWO2005112230A1; JP4039458B2; EP2264874A2; US7884517B2; US7501733B2; KR20060030524A; CN100521463C; EP1646130A4; DE602004030010D1; EP2264874A3; US20090160383A1; DE112005000091T5; EP1646130B1; JPWO2005112231A1; US20060279166A1

Abstract

　本発明による電動機は、複数のコイルを含む第１のコイル群と、磁石群とを備えている。第１のコイル群は、Ｍ相のサブコイル群に分類されており、第１相サブコイル群から第Ｍ相サブコイル群までの各サブコイル群のコイルが所定のサブコイル群間隔Ｄｃで１つずつ順番に配列されている。電気角でπに相当する距離を磁極ピッチＰｍと定義したとき、サブコイル群間隔Ｄｃは磁極ピッチＰｍのＫ／Ｍ倍（ＫはＭの整数倍を除く正の整数）の値に設定されている。隣接するサブコイル群同士は、（Ｋ／Ｍ）πの位相差で駆動される。各コイルは磁性体製のコアを実質的に有していない。

Description

明細書

電動機技術分 if

本発明は、電気モータや発電機などの電動機（Electric Machine) に関する。背景技術

電動モータには、シンクロナス（同期）モータとインダクション（誘導）モータの 2種類がある。また、モータの種類は、ロータの違いにより、永久磁石を使つたマグネット型と、コイルが巻いてある巻線型と、鉄などの強磁性体を使ったリアクタンス型とに分類することも可能である。マグネット型は、ロータの永久磁石がステータの回転磁界に引かれて回転する。

マグネット型のシンクロナスモータとして、例えば、特開平 8— 5 1 7 4 5号公報に記載された小型同期モータが存在する。この小型同期モータは、励磁コィルを卷回したステータコアと、マグネットを含むロータとを備えている。

しかしながら、従来のモータは、発生トルクに比較して重量が嵩み、発生トルクを大きくしょうとすると発生トルクと重量の比が大きく悪化してしまうという課題があった。また、更に高磁束密度な磁石を用いた場合には、鉄損失の影響により、始動時に膨大な電流を流さなければ動作しないという問題があった。発明の開示

この発明は、従来と異なる構造の電動機を提供することを目的とする。

本発明による電動機は、所定の方向に沿って配置された複数のコイルを含む第 1のコイル群と、前記第 1のコイル群に対面しているとともに、前記第 1のコィル群に対して前記所定の方向に沿って相対的に移動可能な磁石群と、を備える。前記第 1のコイル群はそれぞれ n個（nは 1以上の整数）のコイルで構成される M相（Mは 2以上の整数）のサブコイル群に分類されているとともに、前記所定の方向に沿って第 1相サブコイル群から第 M相サブコイル群までの各サブコイル群のコイルが所定のサブコイル群間隔 D cで 1つずつ順番に配列されている。前記磁石群に関して前記所定の方向に沿って電気角で兀に相当する距離を磁極ピッチ P mと定義したとき、前記サブコイル群間隔 D cは前記磁極ピッチ P mの K/ M倍（Kは Mの整数倍を除く正の整数）の値に設定されている。隣接するサブコィル群同士は、（KZM) 7Γの位相差で駆動される。各コイルは磁性体製のコアを実質的に有していないことが好ましい。

この電動機は、磁性体製のコアを実質的に有していないので、コギングが発生せずに安定したなめらかな回転が可能である。また、サブコイル群間隔 D cと磁極ピッチ P mとの間には D c = ( K /M ) P mの関係があり、隣接するサブコィル群同士は（KZM ) 7Γの位相差で駆動されるので、コイル群と磁石群との位置関係が中立位置（動作方向に正味の力が働かずに始動できない位置）を取ることが無い。従って、常に所望の動作方向（順方向または逆方向）に電動機を始動することが可能である。

なお、前記整数 Kと前記整数 Mは 1以外の公倍数を有していないことが好ましし、。この理由は、仮に、 Kと Mが 1以外の公倍数 Nを有している場合には、電動機の実質的な相数が MZ Nになると考え得るからである。例えば、 K = 6 , Μ = 4の場合には 4組のサブコイル群を有する 4相の電動機として構成されるが、これは実質的には Κ = 3 , Μ = 2である 2相の電動機と実質的に同じであると考えることができる。

前記第 1のコイル群側から前記磁石群を見たとき、前記所定の方向に沿って Ν 極と S極とが交互に配置されていてもよい。このとき、前記 Ν極と S極のピッチは前記磁極ピッチ P mに等しい。

あるいは、前記第 1のコイル群側から前記磁石群を見たとき、前記所定の方向に沿って N極と S極とのうちの所定の一方である同極が繰リ返し配置されていてもよし、。このとき、前記同極同士のピッチは前記磁極ピッチ P mの 2倍に等しい。上記電動機は、さらに、前記コイル群および前記磁石群を収納するケースを備えておリ、各コイルは、実質的に非磁性がつ非導電性の材料で形成された支持材の回りに巻き回されており、前記ケースは、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成されているものとしてもよい。

この構成によれば、鉄損がほとんど無い電動機を実現することができる。上記電動機は、回転軸と、軸受け部以外の構造材は、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成されているものとしてもよい。

この構成によれば、さらに軽量化が可能であり、また、鉄損をさらに低減することができる。

なお、前記整数 Kは奇数であり、各サブコイル群のコイル数 nは 2以上であり、同一相のサブコイル群に属する隣り合うコイル同士が常に逆極性に励磁されるように互いに接続されているものとしてもよい。

あるいは、前記整数 Kは偶数であり、各サブコイル群のコイル数 nは 2以上であり、同一相のサブコイル群に属するすべてのコイルが常に同じ極性に励磁されるように互いに接続されているものとしてもよい。

前記電動機は、さらに、前記磁石群を挟んで前記第 1のコイル群と反対側に設けられているとともに、前記第 1のコイル群との相対的な位置が固定されている第 2のコイル群を備えていていもよい。前記第 2のコイル群は、前記第 1のコィル群と同一のコイル配置を有しており、前記第 1のコイル群の第 m相のサブコィル群（mは 1 〜Mの整数）と、前記第 2のコイル群の第 m相のサブコイル群とは、前記磁石群を挟んで対向する位置に配置されているとともに常に同じ極性に励磁されることが好ましい。

この構成によれば、磁石群の両側の磁束を有効に利用できるので、大きなトルクを発生させることができる。また、第 1と第 2のコイル群の同じ m番目のサブコイル群同士が対向していて同じ極性に励磁されるので、第 1のコイル群と磁石群との間で発生する動作方向と垂直な方向の力と、第 2のコイル群と磁石群との間で発生する同様の力とが互いに相殺する。この結果、動作方向と垂直な方向の正味の力が実質的にゼロになるので、このような力に起因する振動や騒音を防止することができる。

上記電動機は、さらに、前記 M相のサブコイル群に供給する M個の交流駆動信号を供給するための駆動信号生成回路を備え、前記駆動信号生成回路は、各サブコイル群に属する各コイルの極性が前記磁石群内の磁石の中心と各コイルの中心とが対向するタィミングで切リ替わるとともに、同一相のサブコィル群に属する隣り合うコイル同士の間の中央位置が前記磁石群内の磁石の中心と対向するタイミングにおいて当該コイル群における磁束密度が最も大きくなるように、前記 M 個の交流駆動信号を生成するようにしてもよい。

この構成によれば、駆動信号に同期して電動機を駆動することができる。

前記駆動信号生成回路は、各サブコィル群の電流方向を逆転させることによつて、前記第 1のコイル群と前記磁石群の動作方向を逆転させることが可能であることが好ましい。

また、前記駆動信号生成回路は、位相が（KZM) 7Γだけ相互にずれた M個の P WM信号をそれぞれ生成する P WM回路と、前記電動機の出力要求に応じて前記 M個の P WM信号をマスクすることによって前記 M個の交流駆動信号を生成するマスク回路と、を備えるようにしてもよい。

この構成によれば、マスク回路によって P WM信号をマスクすることによって、電動機の出力を調節することが可能である。

前記マスク回路は、各交流駆動信号の極性が反転するタイミングを中心とした対称な時間的範囲で各 P WM信号をマスクするようにしてもよい。

一般に、各交流駆動信号の極性が反転するタイミング付近では、コイルがあまリ有効な駆動力を発生せず、交流駆動信号のピーク付近で有効な駆動力を発生するという傾向がある。従って、上記の構成によれば、コイルが有効な駆動力あまり発生しない期間において PWM信号をマスクするので、電動機の効率を向上させることが可能である。

なお、上記電動機は、さらに前記コイル群から電力を回生するための回生回路を備え、前記駆動信号生成回路と前記回生囱路は、前記 M相のサブコイル群のうちのすくなくとも 1相のサブコイル群から駆動力を発生させつつ、他の少なくとも 1相のサブコイル群から電力を回生する運転モードで前記電動機を運転することが可能であることが好ましい。

この構成によれば、必要に応じて、駆動力の発生と電力の回生とを同時に実行しつつ、電動機を動作させることができる。

なお、本発明は、種々の様で実現することが可能であり、例えば、電動機、リニアモータや回転式モータなどの電動モータ、発電機、それらのァクチユエ一タゃモータ、発電機の駆動方法および駆動装置等の態様で実現することができる。図面の簡単な説明

図 1 (A), 1 (B) は、本発明の比較例における電動モータの概略構成と交流駆動信号を示す説明図である。

図 2 (A), 2 (B) は、コイルの結線方法の例を示す図である。

図 3 (A) 3 (D) は、比較例の電動モータの動作を示す図である。

図 4 (A), 4 (B) は、本発明の第 1実施例における電動モータの概略構成と交流駆動信号を示す説明図である。

図 5 (A) 〜5 (D) は、本発明の第 1実施例の電動モータの動作とを示す図である。

図 6 (A)、 6 (B) は、磁石 Mとコイルの平面配置の例を示す図である。図 7は、駆動回路ユニットの構成を示すブロック図である。

図 8は、駆動制御部の構成を示すブロック図である。

図 9は、ドライバ回路の構成を示すブロック図である。図 1 0は、第 1実施例のモータの大トルク発生時の信号波形を示すタイミングチヤ一トである。

図 1 1は、第 1実施例のモータの小トルク発生時の信号波形を示すタイミングチャートである。

図 1 2は、回生制御部と相対減速用のドライバ回路の内部構成を示す図である。図 1 3 (A) 〜 1 3 (D) は、 2相モータの第 1変形例の構成と動作を示す図である。

図 1 4 (A) 〜1 4 (C) は、 2相モータの他の変形例を示す図である。

図 1 5 (A), 1 5 (B) は、 2相モータのさらに他の変形例を示す図である。図 1 6は、駆動制御部の第 1変形例を示すブロック図である。

図 1 7は、駆動信号生成部が直接駆動モードで動作する場合の信号波形を示すタイミングチヤ一卜である。

図 1 8は、駆動制御部の第 2変形例を示すブロック図である。

図 1 9は、駆動制御部の第 2変形例の信号波形を示すタイミングチャートである。

図 20は、ドライバ回路の変形例を示すブロック図である。

図 21 (A), 21 (B) は、 2相モータの機械的構成の一例を示す断面図である。

図 22 (A), 22 (B) は、ステ一夕とロータの構成を示す断面図である。図 23 (A), 23 (B) は、 2相モータの機械的構成の他の例を示す断面図であ。

図 24 (A), 24 (B) は、 2相モータの機械的構成のさらに他の例を示す断面図である。

図 25 (A), 25 (B) は、 2相モータの機械的構成のさらに他の例を示す断面図である。

I 26 (A) -26 (C) は、本発明の第 2実施例における 3相モータの概略構成を示す説明図である。

図 27は、第 2実施例における駆動制御部の構成を示すブロック図である。図 28は、第 2実施例におけるドライバ回路の構成を示すブロック図である。図 29は、第 2実施例のセンサ信号と各相のコィルの励磁方向を示すタィミングチャートである。

図 30 (A) -30 (F) は、第 2実施例の 6つの期間 P 1〜P 6における電流方向を示す説明図である。

図 3 1 (A) 〜31 (D) は、本発明の第 3実施例における 4相モータの概略構成を示す説明図である。

図 32は、第 3実施例のセンサ信号と各相のコイルの励磁方向を示すタイミングチヤートである。

図 33 (A), 33 (B) は、コイル形状と磁石形状の変形例を示す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

発明の実施の形態を以下の順序で説明する。

A. 比較例

B. 第 1実施例（2相モータ）

C. 2相モータ構造の変形例

D. 2相モータの回路構成の変形例

E. 2相モータの適用例

F. 第 2実施例（3相モータ）

G. 第 3実施例（4相モータ）

H. その他の変形例 A. 比較例

本発明の実施例を説明する前に、まず比較例を説明する。図 1 (A) は、本発明の比較例における電動モータの概略構成を示す説明図である。この電動モータは、第 1のコイル群構造 1 OAと、第 2のコイル群構造 2 OBと、磁石群構造 3 OMとを有している。

第 1のコイル群構造 1 OAは、支持部材 1 2 Aと、支持部材 1 2 Aに固定された A相コイル群 1 4 Aとを有している。この A相コイル群 1 4 Aは、逆方向に励磁される 2種類のコイル 1 4 A 1 , 1 4 A 2が一定のピッチ P cで交互に配置されたものである。なお、本明細書では、 A相コイル群の 2種類のコイル 1 4 A 1 , 1 4 A 2をまとめて ΓΑ相コイル群 1 4A」と呼ぶ。他のコイル群や磁石群についても同様である。

第 2のコイル群構造 20 Bは、支持部材 22 Bと、支持部材 22 Bに固定された B相コイル群 24 Bとを有している。この B相コイル群 24 Bも、逆方向に励磁される 2種類のコイル 24 B 1 , 24 B 2が一定のピッチ P cで交互に配置されたものである。

磁石群構造 3 OMは、支持部材 32Mと、支持部材 32Mに固定された磁石群 34Mとを有している。この磁石群 34Mの永久磁石 34M 1 , 34M2は、磁 _ 化方向が磁石群 34 Mの配列方向（図 1 (A) の左右方向）とは垂直な方向に向くようにそれぞれ配置されている。磁石群 34 Mの磁石は、一定の磁極ピッチ P mで配置されている。

なお、 A相コイル群 1 4 Aと B相コイル群 24 Bは、電気角で互いに兀 2だけ異なる位置に配置されている。 A相コイル 1 4 Aと B相コイル群 24 Bは、位置が異なるだけであり、他の点は実質的に同じ構成を有している。従って、以下では、コイル群に関する説明の際に特に必要な場合を除いて A相コイル群についてのみ説明する。

図 1 (B) は、 A相コイル群 1 4 Aと B相コイル群 24 Bに供給される交流駆動信号の波形の一例を示している。 A相コイル群 1 4Aと B相コイル群 24Bには、二相交流信号がそれぞれ供給される。また、 A相コイル群 1 4 Aと B相コィル群 24 Bの駆動信号の位相は兀 Z 2だけ互いにずれている。図 1 (A) の状態は、位相ゼロ（又は 27Γ) の状態に相当する。

この比較例の電動モータは、さらに、 A相コイル群 1 4A用の位置センサ 1 6 Aと、 B相コイル群 24 B用の位置センサ 26 Bとを有している。これらを以下では「A相センサ」、 ΓΒ相センサ」と呼ぶ。 A相センサ 1 6 Aは A相コイル群 1 4 Aの 2つのコイルの間の中央の位置に配置されており、 B相センサ 26 Bは B 相コイル群 24 Bの 2つコイルの間の中央の位置に配置されている。これらのセンサ 1 6A, 26 Bとしては、図 1 (B) に示す交流駆動信号と同様な波形を有するアナログ出力を有するものを採用することが好ましく、例えばホール効果を利用したホール I Cを採用することができる。但し、矩形波状のデジタル出力を有するセンサを採用することも可能である。また、位置センサを省略してセンサレス駆動を行うことも可能である。

図 2 (A), 2 (B) は、 A相コイル群 1 4 Aの 2種類のコイル 1 4 A 1 , 1 4 A 2の結線方法を示す図である。図 2 (A) の結線方法では、 A相コイル群 1 4 Aに含まれるすべてのコイルが、駆動制御部 1 00に対して直列に接続されている。一方、図 2 (B) の結線方法では、一対のコイル 1 4 A 1 , 1 4A2で構成される直列接続が、複数組並列に接続されている。このいずれの結線方法の場合にも、 2種類のコイル 1 4A 1 , 1 4 A 2は、常に逆の極性に磁化される。なお、これら以外の他の結線方法を採用することも可能である。

図 3 (A) 〜3 (D) は、比較例の電動モータの動作を示している。なお、この比較例では、コイル群 1 4A, 24 Bがステータとして構成されており、磁石群 34Mがロータとして構成されている。従って、図 3 (A) ~3 (D) では、時間の経過とともに磁石群 34 Mが移動している。

図 3 (A) は位相が 27Γの直前のタイミングの状態を示している。なお、コィルと磁石との間に描かれた実線の矢印は吸引力の方向を示しており、破線の矢印は反発力の方向を示している。この状態では、 A相コイル群 1 4 Aは磁石群 34 Mに対して動作方向（図の右方向）の駆動力を与えておらず、磁石群 34Mを A 相コイル群 1 4 Aに引きつける方向に磁力が働いている。従って、位相が 27Γのタイミングでは、 A相コイル群 1 4 Aへの印加電圧をゼロにすることが好ましし、。一方、 B相コイル群 24 Bは、磁石群 34Mに動作方向の駆動力を与えている。また、 B相コイル群 24 Bは磁石群 34Mに対して吸引力だけで無く反発力も与えているので、 B相コイル群 24 Bから磁石群 34Mに対する上下方向（磁石群

34 Mの動作方向と垂直な方向）の正味の力はゼロである。従って、位相が 27Γ のタイミングでは、 B相コイル群 24 Bへの印加電圧をピーク値にすることが好ましい。

図 3 (B) に示されているように、位相が 27Γのタイミングで A相コイル群 1 4Aの極性が反転する。図 3 (B) は、位相が 7ΓΖ4の状態であり、 A相コイル群 1 4Aの極性が図 3 (A) から反転している。この状態では、 A相コイル群 1

4 Aと B相コイル群 24 B力磁石群 34Mの動作方向に同じ駆動力を与えている。図 3 (C) は、位相が 7ΓΖ2直前の状態である。この状態は、図 3 (A) の状態とは逆に、 A相コイル群 1 4 Aのみが、磁石群 34Mに動作方向の駆動力を与えている。位相が 7ΓΖ2のタイミングでは B相コイル群 24 Bの極性が反転し、図 3 (D) に示す極性となる。図 3 (D) は、位相が 3兀 4の状態である。この状態では、 A相コイル群 1 4Aと B相コイル群 24B力磁石群 34Mの動作方向に同じ駆動力を与えている。

図 3 (A) ~3 (D) から理解できるように、 A相コイル群 1 4 Aの極性は、 A相コイル群 1 4 Aの各コイルが磁石群 34Mの各磁石と対向するタイミングで切り換えられる。 B相コイル群も同様である。この結果、すべてのコイルからほとんど常に駆動力を発生させ得るので、大きなトルクを発生することが可能である。

なお、位相が 7Γ〜27Γの期間は、図 3 (A) 〜3 (D) とほぼ同様なので詳しい説明を省略する。但し、 Α相コイル群 1 4 Aの極性は位相が 7Γのタイミングで再び反転し、 B相コイル群 2 4 Bの極性は位相が 3 π Ζ 2のタイミングで再び反転する。

上述の説明から理解できるように、比較例の電動モータは、コイル群 1 4 Α , 2 4 Βと磁石群 3 4 Μとの間の吸引力と反発力を利用することによって、磁石群 3 4 Μに対する動作方向の駆動力を得ている。

ところで、この比較例の電動モータでは、以下のようないくつかの問題があることが見出された。

第 1に、比較例の電動モータでは、動作方向と垂直な方向に力が発生し、この力によって振動や騒音が発生する可能性がある。すなわち、図 3 ( Α )、 3 ( C ) の状態では、 Α相コイル群 1 4 Αと磁石群 3 4 Μとの間に発生する垂直方向の力と、 B相コイル群 2 4 Bと磁石群 3 4 Mとの間に発生する垂直方向の力の合計がゼロでなく、上向き又は下向きに正味の力が作用する。この結果、この上向き又は下向きの力によって、振動や騒音が発生する可能性がある。

第 2に、比較例の構成において A相コイル群 1 4 Aと B相コイル群 2 4 Bのゔちの一方を省略することも可能であるが、その場合には電動モータを始動できな - い中立位置が発生するという問題が生じる。例えば、 B相コイル群 2 4 Bを省略した場合には、図 3 ( A ) の状態において A相コイル群 1 4 Aと磁石群 3 4 Mとの間に動作方向（左右方向）の力が発生しない。従って、この位置（中立位置）で電動モータが停止している場合には有効な駆動力が発生しないので、電動モータを始動することができない。このように、比較例の構成では、電動モータを常に始動可能にするためには、磁石群 3 4 Mの両側に設けられた 2つのコイル群 1 4 A , 2 4 Bを両方ともに必要とする。

以下で説明する実施例は、比較例におけるこれらの問題の少なくとも一部を解決するように構成したものである。 B. 第 1実施例（2相モータ）

B— 1. 第 1実施例の概略構成

図 4 (A) は、本発明の第 1実施例における電動モータの概略構成を示す説明図である。この電動モータは、第 1のコイル群構造 40ABと、第 2のコイル群構造 5 OA Bと、磁石群構造 30 Mとを有している。

第 1のコィル群構造 40 A Bは、支持部材 42と、 A相サブコイル群 1 4Aと、 B相サブコイル群 24 Bとを有している。なお、図 4 (A) では、図示の便宜上、 A相サブコイル群のコイルを実線で描き、 B相サブコイル群のコイルを破線で描いている。

A相サブコイル群 1 4 Aは、逆方向に励磁される 2種類のコイル 1 4 A 1 , 1 4 A 2が一定のピッチで交互に配置されたものである。 B相サブコイル群 24 B も、同様に、逆方向に励磁される 2種類のコイル 24 B 1 , 24 B2が一定のピツチで交互に配置されたものである。 A相サブコイル群 1 4Aと B相サブコイル群 24 Bは、一定のサブコイル群間隔 D cで交互に配置されている。ここで、サブコイル群間隔 D cとは、コイルの中心間の距離を意味している。 A相サブコィル群 1 4 Aの 2種類のコイル 1 4 A 1 , 1 4 A 2同士のピッチは、このサブコィル群間隔 D cの 2倍である。 B相サブコイル群 24 Bの 2種類のコイル 24 B 1 , 24 B 2同士のピッチも、サブコイル群間隔 D cの 2倍である。

第 2のコイル群構造 5 OA Bは、支持部材 52と、 A相サブコイル群 1 4 Aと、 B相サブコイル群 24 Bとを有している。第 1のコイル群構造 40 A Bの A相サブコイル群 1 4 Aと第 2のコイル群構造 5 OABの A相サブコイル群 1 4Aとは、磁石群構造 3 OMを挟んだ対向する位置に配置されている。 B相サブコイル群 2 4 Bも同様である。

磁石群構造 30Mは、支持部材 32Mと、支持部材 32Mに固定された磁石群 34Mとを有している。この磁石群 34Mの永久磁石 34M 1 , 34 M 2は、磁化方向が磁石群 34 Mの配列方向（図 4 (A) の左右方向）とは垂直な方向に向くようにそれぞれ配置されている。なお、支持部材 32 Mを省略して、複数の磁石 34M 1 , 34M 2のみで構成された一体構造の磁石群を作成することも可能である。このような磁石群としては、例えば、上面と下面のそれぞれにおいて凸部と凹部とが繰り返し現れる凹凸状の磁性体を用い、その凸部に磁極を形成した一体構造の磁石群を利用してもよい。

磁石群 34 Mの磁石は、一定の磁極ピッチ Pmで配置されている。本明細書では、磁極ピッチ Pmは電気角で兀に相当する距離を意味する。なお、電気角の 2 7Γは、モータの駆動信号の位相が 27Γだけ変化したときに移動する機械的な角度又は距離に対応づけられる。図 4 (A) のように N極と S極が交互に配置されている場合には、磁極ピッチ Pmは磁石のピッチに等しい。一方、後述するように、 N極のみ又は S極のみが配置されている場合には、磁極ピッチ Pmは磁石のピッチの 1 Z2になる。図 4 (A) の例では、磁極ピッチ Pmとサブコイル群間隔 D cには、 D c = 3 PmZ2の関係がある。電動モータでは一般に、コイルの駆動信号の位相が 2 πだけ変化すると、磁極ピッチ Pmの 2倍に相当する距離だけ移動する。従って、第 1実施例の電動モータでは、コイルの駆動信号の位相が 27Γ - だけ変化すると、磁石群構造 3 OMが 2 Pm=4 D cZ3だけ移動する。

一般には、 D c = Pm (KZM) の関係が成立することが好ましい。ここで、 Mは 2以上の整数であり、電動モータの相数を意味している。 Mが 3と 4の実施例は後述する。 Kは、 Mの整数倍を除く 1以上の整数である。 Kが Mの整数倍である場合を除外している理由は、この場合に電動モータが始動できない中立位置が発生するからである。例えば、仮に図 4 (A) において Dc = Pmになるようにサブコイル群間隔 D cを小さくすると、各コイルと磁石とが完全に向き合ってしまい、動作方向（左右方向）への駆動力が発生しないので、この位置から始動できなくなる。

さらに、整数 Kと Mは 1以外の公倍数を有していないことが好ましい。この理由は、仮に、 Kと Mが 1以外の公倍数 Nを有している場合には、電動モータの実質的な相数が MZNになると考え得るからである。例えば、 K=6, Μ=4の場合には 4相の電動モータとして構成されるが、これは実質的には Κ=3, =2 である 2相の電動モータと実質的に同じであると考え得る。

また、電動モータの相数 Μとしては、 2〜5程度が好ましく、特に 2〜3が好ましい。この理由は、相数 Μが多いと、 Μ組のサブコイル群を駆動するための駆動信号を生成する回路が大規模になるからである。

図 4 (Β) は、第 1実施例において Α相コイル群 1 4Αと Β相コイル群 24Β に供給される交流駆動信号の波形の一例を示している。 A相コイル群 1 4Aと B 相コイル群 24 Bの駆動信号の位相は 37ΓΖ 2だけ互いにずれている。この位相差は、サブコイル群間隔 D c = 3 PmZ2に対応している。一般に、サブコイル群同士の位相差は、サブコイル群間隔 D cに相当する値 π (Κ/ ) となる。図 4 (Α) に示されるように、この電動モータには Α相センサ 1 6 Αと第 2のコイル群構造 50 A Bには B相センサ 26 Bが設けられている。この例では A相センサ 1 6 Aは第 1のコイル構造 4 OABに設けられており、 B相センサ 26 B は第 2のコイル構造 50 A Bに設けられているが、 2つのセンサ 1 6A, 26 B は 2つの支持部材 42, 52のいずれに設けられていてもよい。 A相センサ 1 6 Aは、 A相サブコイル群 1 4 Aの各コイルが磁石 34M 1 , 34M2と対向する位置にある状態（図 4 (A)) において、 A相センサ 1 6 Aが磁石の N極と S極の間の中央の位置に来るように配置されている。一方、 B相センサ 26 Bは、磁石群構造 3 OMが移動して B相サブコイル群 24 Bの各コイルが磁石 34M 1 , 3 4M 2と対向する位置にきた状態において、 B相センサ 26 Bが磁石の N極と S 極の間の中央の位置に来るように配置されている。これらのセンサ 1 6A, 26 Bとしては、図 4 (B) に示す交流駆動信号と同様な波形を有するアナログ出力を有するものを採用することができ、また、矩形波状のデジタル出力を有するセンサを採用することも可能である。また、位置センサを省略してセンサレス駆動を行うことも可能である。各サブコイル群 1 4 A, 24 Bのコイルの結線方法は、前述した図 2 (A), 2 (B) に示したものと同じものを採用することができる。

支持部材 32M, 42, 52は、非磁性体材料でそれぞれ形成されていることが好ましい。また、本実施例の電動モータの各種の部材のうちで、コイルやセンサを含む電気配線と、磁石と、回転軸と、その軸受け部以外の部材は、すべて非磁性で非導電性の材料で形成されていることが好ましい。より具体的に言えば、ロータ材ゃボビン材（コア材）やケース材として、非磁性で非導電性の各種の材料を利用することが可能である。但し、ロータ材（磁石群の支持部材 32M) としては、強度を考慮してアルミニウムやその合金などの金属材料を用いる場合もある。この場合にも、ボビン材ゃケース材は、実質的に非磁性で非導電性の材料で形成されていることが好ましい。ここで、「実質的に非磁性で非導電性の材料」とは、わずかな部分が磁性体または導電体であることが許容されることを意味している。例えば、ボビン材が実質的に非磁性で非導電性の材料で形成されているか否かは、モータにコギングが存在するか否かによって判定することができる。また、ケース材が実質的に非導電性の材料で形成されているか否かは、ケース材による鉄損（渦電流損）が所定の値（例えば入力の 1 %) 以下か否かによって判定することができる。

なお、電動モータの構造材の中には、回転軸と軸受け部のように、金属材料で作成することが好ましい部材も存在する。ここで、「構造材」とは、電動モータの形状を支えるために使用される部材を意味しており、小さな部品や固定具などを含まない主要な部材を意味している。ロータ材ゃケース材も構造材の一種である。本発明の電動モータでは、回転軸と軸受け部以外の主要な構造材は、非磁性で非導電性の材料で形成することが好ましい。

図 5 (A) 〜5 (D) には、第 1実施例の電動モータの動作が示されている。なお、第 1実施例では、コイル群構造 4 OAB, 5 OABがステータとして構成されており、磁石群構造 3 OMがロータとして構成されている。従って、図 5 (A) 〜5 (D) では、時間の経過とともに磁石群構造 3 OMが移動している。

図 5 (A) は、位相が 27Γの直前のタイミングの状態を示している。なお、コィルと磁石との間に描かれた実線の矢印ば吸引力の方向を示しており、破線の矢印は反発力の方向を示している。この状態では、 Α相サブコイル群 1 4 Αから磁石群 34Mに対する正味の力（力の合計）はゼロである。従って、位相が 27Γのタイミングでは、 A相サブコイル群 1 4 Aへの印加電圧をゼロにすることが好ましい。一方、 B相サブコイル群 24 Bは、磁石群 34Mに動作方向の駆動力を与えている。また、 B相サブコイル群 24 Bから磁石群 34 Mに対する上下方向（磁石群 34Mの動作方向と垂直な方向）の正味の力はゼロである。従って、位相が 27Γのタイミングでは、 B相サブコイル群 24 Bへの印加電圧をピーク値にすることが好ましい。

前述した図 4 (B) に示されているように、位相が 27Γのタイミングで A相サブコイル群 1 4 Aの極性が反転する。図 5 (B)は、位相が πΖ4の状態であり、 Α相サブコイル群 1 4 Αの極性が図 5 (A) から反転している。この状態では、 A相サブコイル群 1 4 Aと B相サブコイル群 24 Bが、磁石群 34 Mの動作方向に同じ駆動力を与えている。図 5 (C) は、位相が兀 2直前の状態である。この状態は、図 5 (A) の状態とは逆に、 A相サブコイル群 1 4 Aのみが、磁石群 34Mに動作方向の駆動力を与えている。位相が πΖ2のタイミングでは B相サブコイル群 24 Βの極性が反転し、図 5 (D) に示す極性となる。図 5 (D) は、位相が 3 πΖ4の状態である。この状態では、 Α相サブコイル群 1 4 Αと Β相サブコイル群 24 Bが、磁石群 34 Mの動作方向に同じ駆動力を与えている。図 5 (A) 〜5 (D) から理解できるように、 A相サブコイル群 1 4 Aの極性は、 A相サブコイル群 1 4 Aの各コイルが磁石群 34Mの各磁石と対向するタイミングで切り換えられる。 B相サブコイル群も同様である。この結果、すべてのコイルからほとんど常に駆動力を発生させ得るので、大きなトルクを発生することが可能である。なお、位相が兀〜 27Γの期間は、図 5 (A) 〜5 (D) とほぼ同様なので詳しい説明を省略する。但し、 Α相サブコイル群 1 4 Αの極性は位相が 7Γのタイミングで再び反転し、 B相サブコイル群 24 Bの極性は位相が 37Γ/ 2のタイミングで再び反転する。

上述の説明から理解できるように、第 1実施例の電動モータは、サブコイル群 1 4 A, 24 Bと磁石群 34 Mとの間の吸引力と反発力を利用することによって、磁石群 34 Mに対する動作方向の駆動力を得ている。

図 6 (A) は、磁石 34M 1 , 34M2とコイル 1 4A 1 , 1 4 A 2, 24 B 1 , 24 B 2の平面配置の一例を示している。この例では、各コイルの外周の幅が、磁石の外周の幅とほぼ一致している。但し、磁石の寸法を、コイルよりも小さくすることが可能であり、逆にコイルよりも大きくすることも可能である。図 6 (B) は、磁石とコイルの平面配置の他の例を示している。この例では、図 6 (A) の例よりもコイルの縦幅（図中の上下方向の寸法）が大きく設定されている。図 6 (A) の例では、全体の寸法をやや小さくできるという利点がある。一方、図 6 (B) の例では、コイルに対して移動方向以外の方向に掛かる無用な力が小さくなるという利点がある。すなわち、例えばコイル 1 4A 1の中で、磁石 34M 1の外にあるコイル部分 1 4 hには移動方向の力が掛かず、移動方向と垂直な方向に力が掛かる。これはフレミングの左手の法則から理解することができる。従って、図 6 (B) のように、コイル部分 1 4 hを磁石 34M 1の直上又は直下をはずれた位置に配置すれば、このコイル部分 1 4 hにおける磁束密度が小さくなるので、このような無駄な力を小さくすることができる。

B— 2. 第 1実施例の回路構成

図 7は、第 1実施例における駆動回路ュニッ卜の内部構成を示すブロック図である。この駆動回路ュニット 500は、 CPU 1 1 0と、駆動制御部 1 00と、回生制御部 200と、ドライバ回路 1 50と、整流回路 250とを備えている。 2つの制御部 1 00, 200は、バス 1 02を介して C P U 1 1 0と接続されている。駆動制御部 1 00とドライバ回路 1 50は、電動モータに駆動力を発生させる場合の制御を行う回路である。また、回生制御部 200と整流回路 250は、電動モータから電力を回生する場合の制御を行う回路である。回生制御部 200 と整流回路 250とをまとめて「回生回路」とも呼ぶ。また、駆動制御部 1 00 を「駆動信号生成回路」とも呼ぶ。

図 8は、駆動制御部 1 00の構成を示している。この回路 1 00は、バス 1 0 2に接続された動作モード信号生成部 1 04と、電子可変抵抗器 1 06と、 CP U 1 1 0とを有している。動作モード信号生成部 1 04は、動作モード信号 S modeを生成する。動作モード信号 Smodeは、正転と逆転のいずれであるかを示す第 1 ビットと、 A B相の両方を使用する動作モードと A相のみを使用する動作モードのいずれであるかを示す第 2ビットとを含んでいる。なお、モータの始動時には、確実に回転方向を決定するために A相と B相の 2つのサブコイル群が使用される。但し、モータが動作を開始した後は、要求トルクが少ない運転状態では、 A相サブコイル群と B相サブコイル群の一方だけを使用しても十分に回転を継続することができる。動作モード信号 Smode の第 2ビットは、このような場合に A相サブコイル群のみを駆動することを指示するためのフラグである。電子可変抵抗器 1 06の両端の電圧は、 4つの電圧比較器 1 1 1〜1 1 4の一方の入力端子に与えられている。電圧比較器 1 1 1 ~ 1 1 4の他方の入力端子には、 A相センサ信号 SS Aと B相センサ信号 S SBが供給されている。 4つの電圧比較器 1 1 1〜 1 1 4の出力信号 T P A, BTA, T P B, BTBを「マスク信号」または「許可信号」と呼ぶ。これらの名前の意味については後述する。マスク信号 TPA, BTA, T P B, BTBは、マルチプレクサ 1 20に入力されている。マルチプレクサ 1 20は、動作モード信号 Smode に応じて A相用のマスク信号 T P Α,. BTAの出力端子を切り換え、また、 B相用のマスク信号 TPB, BT Bの出力端子を切り換えることによってモータを逆転させることができる。マルチプレクサ 1 20から出力されたマスク信号 T PA, BT A, T P B, BTBは、 2段 PWM回路 1 30に供給される。

2段 PWM回路 1 30は、 A相 PWM回路 1 32と、 B相 PWM回路 1 34と、 4つの 3ステートバッファ回路 1 41〜 144とを有している。 A相 PWM回路 1 32には、 A相センサ 1 6A (図 4 (A)) の出力信号 SSA (以下、「A相センサ信号」と呼ぶ）と動作モード信号 Smode とが供給されている。 B相 PWM 回路 1 34には、 B相センサ 26 Bの出力信号 S S Bと動作モード信号 Smode とが供給されている。これらの 2つの PWM回路 1 32, 1 34は、センサ信号 SSA, S S Bに応じて PWM信号 PWMA, #PWMA, PWMB, #PMW Mを発生する回路である。なお、信号 #PMWA, #PMWBは、信号 PMWA, PMWBを反転した信号である。前述したように、センサ信号 SSA, SSBはいずれも正弦波信号であり、 PWM回路 1 32, 1 34はこれらの正弦波信号に応じて周知の PWM動作を実行する。

A相 PWM回路 1 32で生成された信号 PWMA, #PWMAは、 2つの 3ステートバッファ回路 1 41 , 1 42の 2つの入力端子にそれぞれ供給される。これらの 3ステートバッファ回路 1 41 , 1 42の制御端子には、マルチプレクサ 1 20から与えられた A相マスク信号 T PA, BTAが供給されている。 3ス亍ートバッファ回路 1 41， 1 42の出力信号 D R V A 1 , DRVA2は、 A相サブコイル群用の駆動信号である（以下「A 1駆動信号」及び Γ_{Α 2}駆動信号」と呼ぶ）。 B相に闋しても同様に、 PWM回路 1 34と 3ステートバッファ回路 1 4 3, 1 44によって B相サブコイル群用の駆動信号 DRVB 1 , D R V B 2が生成される。

図 9は、ドライバ回路 1 50 (図 7) に含まれる A相ドライバ回路 1 2 OAと B相ドライバ回路 1 30 Bの構成を示している。 A相ドライバ回路 1 2 OAは、 A相サブコイル群 1 4 Aに、交流駆動信号 DRVA 1 , DRVA2を供給するための H型ブリッジ回路である。なお、駆動信号を示すブロックの端子部分に付されている白丸は、負論理であり信号が反転していることを示している。また、符号 I A 1 , I A 2が付された矢印は、 A 1駆動信号 DRVA 1と A 2駆動信号 D RV A 2によって流れる電流方向をそれぞれ示している。 B相ドライバ回路 1 3 OBの構成も A相ドライバ回路 1 2 Aの構成と同じである。

図 1 0は、第 1実施例における各種の信号波形を示すタイミングチャートである。 A相センサ信号 S S Aと B相センサ信号 SS Bは、位相が 3兀ノ2ずれた正弦波である。 A相 PWM回路 1 32は、 A相センサ信号 S S Aのレベルに比例した平均電圧を有する信号 PWMA (図 1 0の上から 7番目の信号）を生成する。第 1の A相マスク信号 T P Aは、この信号 T P Aが Hレベルの期間では信号 PW MAを A相サブコイル群 1 4 Aに印加することを許可し、 Lレベルの期間ではこれを禁止する。同様に、第 2の A相マスク信号 BT Aも、この信号 BTAが Hレベルの期間で信号 PWM Aを A相サブコイル群 1 4 Aに印加することを許可し、 Lレベルの期間ではこれを禁止する。但し、第 1の A相マスク信号 T P Aは、 P WM信号 PWM Aがプラス側にあるときに Hレベルとなり、第 2の A相マスク信号 BT Aは PWM信号 PWMAがマイナス側にあるときに Hレベルとなる。この結果、 A相サブコイル群 1 4Aには、図 1 0の下から 2番目に示すような駆動信号 D R V A 1 +D R V A 2が印加される。この説明から理解できるように、 A相マスク信号 T PA, BTBは、 PWM信号 PWMAを、 A相サブコイル群 1 4A に印加することを許可する信号と考えることができ、また、 PWM信号 PWMA をマスクして A相サブコイル群 1 4 Aに供給しないようにする信号と考えることも可能である。 B相についても同様である。

なお、図 1 0は、大トルクを発生する際の運転状態を示している。このとき、マスク信号 T P A, BTAの両方が Lレベルである期間は小さく、従って、ほとんどの時間において A相サブコイル群 1 4 Aに電圧が印加されている。なお、 A 相センサ信号 SS Aの波形の右端には、このときのヒステリシスレベルが示されている。ここで、「ヒステリシスレベル」とは、正弦波信号のゼロレベル付近の無効な（すなわち使用されていない）信号レベルの範囲を意味している。大トルク発生時には、ヒステリシスレベルは極めて小さいことが分かる。なお、ヒステリシスレベルは、電子可変抵抗器 1 06の抵抗を変化させて、マスク信号 T P A, BT A, T PB, BTBのデューティを変化させることによって変更することができる。

図 1 1は、小さなトルクを発生する際の運転状態を示している。なお、小トルクは高回転であることを意味している。このとき、マスク信号 T P A, BT A, TPB, BT Bのデューティは図 8に比べて小さく設定されており、これに応じて各コイルの駆動信号（DRVA 1 +DRVA2), (DRVB 1 +DRVB2) のパルス数も減少している。また、ヒステリシスレベルも大きくなつている。なお、図 1 0と図 1 1を比較すれば理解できるように、第 1の A相マスク信号 T P Aの Hレベルの期間は、 A相センサ信号 SS Aが極大値を示すタイミング（位相の兀ノ 2の時点）を中心にした対称な形状を有している。同様に、第 2の A相マスク信号 BT Aの Hレベルの期間は、 A相センサ信号 S S Aが極小値を示すタイミング（位相の 37ΓΖ2の時点）を中心にした対称な形状を有している。この — ように、これらのマスク信号 T P A, BT Aが Hレベルである期間は、 A相センサ信号 SS Aがピーク値を示すタイミングを中心とした対称な形状を有している。換言すれば、 PWM信号 PWMAのマスク期間は、この信号 PWMAによって模擬される交流駆動信号（図 4 (B) に示す波形）の極性が反転するタイミング（7Γ 及び 27Γ) を中心とした時間の範囲において信号 PWM Αがマスクされるように設定されていると考えることも可能である。

ところで、図 4 (A) で説明したように、 A相サブコイル群 1 4 Aは、位相が

2 π近傍ではあまり有効な駆動力を発生しない。位相が 7Γ近傍のときも同様である。また、 Α相サブコイル群 1 4 Αは、位相が 7ΓΖ2および 3 π/2の近傍では最も効率良く有効な駆動力を発生させる。上述した図 1 1に示されているように、本実施例の 2段 PWM回路 1 30は、モータの要求出力が小さいときには位相が π及び 2 πの近傍で A相サブコイル群 1 4 Aに電圧を印加しない。また、図 1 0, 図 1 1に示されているように、位相が 7ΓΖ2および 37ΓΖ2の近傍を中心として A相サブコイル群 1 4 Aに電圧を印加している。このように、 A相マスク信号 T PA, BTAは、 A相サブコイル群 1 4 Aが最も効率良く駆動力を発生させる期間を優先的に使用するように PWM信号 PWMAをマスクしているので、モータの効率を高めることが可能である。これらの事情は、 B相サブコイル群 24 Bに関しても同じである。図 4 (B) に示されているように、 B相サブコイル群 24 Bは位相が ΓΖ2と 3 πΖ 2のタイミングで極性が反転するので、 Β相サブコィル群 24 Βには位相が兀 2及び 37ΓΖ2の近傍で電圧を印加しないようにすることが好ましい。

図 1 2は、回生制御部 200と整流回路 250の内部構成を示す図である。回生制御部 200は、バス 1 02に接続された Α相充電切換部 202と、 B相充電切換部 204と、電子可変抵抗器 206とを有している。 2つの充電切換部 20 2, 204の出力信号は、 2つの AND回路 21 1 , 21 2の入力端子に与えられている。

- A相充電切換部 202は、 A相サブコイル群 1 4 Aからの回生電力を回収する場合 ίこは「1」レベルの信号を出力し、回収しない場合には「0」レベルの信号を出力する。 Β相充電切換部 204も同様である。なお、これらの信号レベルの切換えは、 C P U 1 1 0によって行われる。また、 Α相サブコイル群 1 4 Aからの回生の有無と、 B相サブコイル群 24 Bからの回生の有無とは、独立に設定することができる。従って、例えば A相サブコイル群 1 4Aを用いてァクチユエ一タに駆動力を発生させつつ、 B相サブコイル群 24 Bから電力を回生することも可能である。

なお、駆動制御部 1 00も、同様に、 A相サブコイル群 1 4 Aを用いて駆動力を発生するか否かと、. B相サブコイル群 24 Bを用いて駆動力を発生するか否かとを、独立に設定できるように構成してもよい。例えば、図 8の動作モード信号生成部 1 04から、 A相サブコイル群 1 4 Aの駆動の有無を示す信号と、 B相サブコイル群 24 Bの駆動の有無を示す信号とを出力できるように動作モード信号生成部 1 04を構成すれば良い。このようにすれば、 2つサブコイル群 1 4A, 24 Bのうちの任意の一方で駆動力を発生きせつつ、他方で電力を回生する運転モードで電動モータを運転することが可能である。

電子可変抵抗器 206の両端の電圧は、 4つの電圧比較器 221 ~224の 2 つの入力端子の一方に与えられている。電圧比較器 221〜224の他方の入力端子には、 A相センサ信号 SS Aと B相センサ信号 S SBが供給されている。 4 つの電圧比較器 22 1〜 224の出力信号 T P A, BTA, T PB, BTBは、「マスク信号」または「許可信号」と呼ぶことができる。

A相コイル用のマスク信号 T P A, BT Aは OR回路 231に入力されており、 B相用のマスク信号 T P B, BT Bは他の OR回路 232に入力されている。これらの OR回路 231 , 232の出力は、上述した 2つの AN D回路 21 1 , 21 2の入力端子に与えられている。これらの A N D回路 21 1 , 21 2の出力信号 M SKA, MS KBも、「マスク信号」または「許可信号」と呼ぶ。

とこで、電子可変抵抗器 206と 4つの電圧比較器 221〜224の構成は、図 8に示した駆動制御部 1 00の電子可変抵抗器 1 06と 4つの電圧比較器 1 1 1〜 1 1 4の構成と同じである。従って、 A相コイル用の OR回路 23 1の出力信号は、図 1 0に示したマスク信号 T P A, BT Aの論理和を取ったものに相当する。また、 A相充電切換部 202の出力信号が「1 j レベルの場合には、 A 相コイル用の A N D回路 21 1から出力されるマスク信号 MS K Aは O R回路 2 31の出力信号と同じものとなる。これらの動作は B相についても同様である。整流回路 250は、 A相コイル用の回路として、複数のダイオードを含む全波整流回路 252と、 2つのゲートトランジスタ 261 , 262と、バッファ回路 27 1 と、インバータ回路 272 (NOT回路）とを有している。なお、 B相用にも同じ回路が設けられている。ゲートトランジスタ 261 , 262は、回生用の電源配線 280に接続されている。

電力回生時に A相サブコイル群 1 4 Aで発生した交流電力は、全波整流回路 2 52で整流される。ゲートトランジスタ 261 , 262のゲートには、 A相コィル用のマスク信号 MS K Aとその反転信号力《与えられており、これに応じてゲー卜トランジスタ 261 , 262がオンオフ制御される。従って、電圧比較器 2 21 , 222から出力されたマスク信号 T PA, BT Aの少なくとも一方が Hレベルの期間では回生電力が電源配線 280に出力され、一方、マスク信号 T PA, BT Aの双方が Lレベルの期間では電力の回生が禁止される。

以上の説明から理解できるように、回生制御部 200と整流回路 250を用いて、回生電力を回収することが可能である。また、回生制御部 200と整流回路 250は、 A相コイル用のマスク信号 MS K A及び B相コイル用のマスク信号 M SKBに応じて、 A相サブコイル群 1 4 Aと B相サブコイル群 24 Bからの回生電力を回 i|又する期間を制限し、これによつて回生電力の量を調整することが可能である。但し、回生制御部 200と整流回路 250を省略してもよい。以上のように、第 1実施例の電動モータでは、磁性体製のコアを全く設けていないので、コギングが発生せず、なめらかで安定した動作を実現することができる。また、磁気回路を構成するためのヨークが設けられていないので、いわゆる鉄損（渦電流損）が極めて少なく、効率の良いモータを実現することができる。さらに、第 1実施例では、磁石群 34 Mを挟んだ両側に 2つのコイル群 4 OA B, 50ABが配置されているので、磁石群 34 Mの両側の磁束を駆動力の発生に利用することができる。従って、従来の電動モータのように、磁石群の片側のみを駆動力の発生に利用する場合に比べて磁束の利用効率が高く、効率が良くトルクの大きな電動モータを実現することができる。

また、第 1実施例では、 2つのコイル群 40AB, 50ABに同じサブコイル群 1 4A, 24 Bをそれぞれ設け、サブコイル群 1 4 A, 24B同士のサブコィル群間隔 D cを磁極ピッチ Pmの 3 2倍に設定したので、有効な駆動力が発生しない中立位置が存在せず、常に所望の動作方向（順方向または逆方向）に電動モータを始動することが可能である。 C. 2相モータ構造の変形例

図 1 3 (A) 〜 1 3 (D) は、 2相モータの第 1変形例の動作を示している。図 1 3 (A)に示すように、第 1のコイル群構造 4 OABには、コイル 1 4 A 1 , 24 B 1 , 1 4 A 2, 24 B 2がこの順番で繰り返し配置されており、この点では図 4 (A) に示した第 1実施例と同じである。但し、第 1変形例では、サブコィル群間隔 D cが磁極ピッチ Pm (=7Γ) の 1ノ 2であり、第 1実施例のサブコィル群間隔の 1 3の値になっている。サブコイル群間隔 D cと磁極ピッチ Pm との関係式 D c = Pm (K M) において、第 1変形例は K= 1 , Μ=2の場合に相当する。第 2のコイル群構造 5 OA Βも第 1のコイル群構造 4 OA Βと同じ構成を有している。

図 1 3 (A) 〜 1 3 (D) の動作は、図 5 (A) 5 (D) の動作と基本的には同一なので詳細な説明は省略する。この第 1変形例の 2相モータも、第 1実施例と同様な効果を達成することが可能である。

図 1 4 (A) は、 2相モータの第 2変形例を示レている。第 2変形例は、第 1 実施例（図 4 (A)) の構成から磁石 34M2を省略したものであり、他の点は第 1実施例と同じである。すなわち、第 2変形例における磁石群構造 3 OMは、同一方向の極性を有する複数の磁石 34M 1のみで構成されている。この場合には、磁石 34M 1同士のピッチは電気角で 27Γに相当するので、磁極ピッチ Pmは磁石同士のピッチの 1 2になる。この例からも理解できるように、磁極ピッチ P mは、磁石のピッチでは無く、 N極と S極のピッチに相当する値である。この第 2変形例の動作も第 1実施例の動作と基本的に同一である。

図 1 4 (B) は、 2相モータの第 3変形例を示している。第 1のコイル群構造 40 A Bには、 1つの A相コイル 1 4 A 1と 1つの B相コイル 24 B 1のみが配置されている。第 2のコイル群構造 50 A Bも同様である。この第 2変形例では、磁石群構造 3 OMがステータとして機能し、 2つのコイル群構造 4 OAB, 50 A Bがスライダとして機能するリニアモータとして構成されている。サブコイル群間隔 D. cは磁極ピッチ Pm (=7T)の 3 2であり、第 1実施例と同じである。この第 3変形例のリニァモータも、第 1実施例と同様な効果を達成することが可能である。

図 1 4 (C) は、 2相モータの第 4変形例を示している。第 4変形例は、第 3 変形例のサブコイル群間隔 D cを磁極ピッチ Pm (=π) の 7 2に変更したものであり、他の点は第 3変形例と同じである。

第 3, 第 4変形例から理解できるように、 Α相コイル群と Β相コイル群とは、それぞれ 1つ以上のコイルを含むように構成することができる。また、磁石群も 1つ以上の磁石を含むように構成することができる。但し、回転式モータでは、 A相サブコイル群と B相サブコイル群はそれぞれ複数のコイルを含み、また、磁石群は複数の磁石を含むことが好ましい。また、回転式モータでは、第 1のコィル群 4 OA Bの複数のコイルは、回転方向に沿って一定のピッチで等間隔に配置されていることが好ましい。第 2のコイル群 5 OABも同様である。また、磁石群 34Mの複数の磁石も、回転方向に沿って一定のピッチで等間隔に配置されていることが好ましい。

図 1 5 (A) は、 2相モータの第 5変形例を示している。この第 5変形例は、第 1実施例から第 2のコイル群構造 5 OABを省略したものであり、他の構成は第 1実施例と同じである。第 5変形例は、 1つのコイル群構造 4 OA Bが磁石群構造 3 OMの片側に設けられた片面配置構造を有している。この点は、第 1実施例や上述した各種の変形例が、両面配置構造（磁石群の両側にコイル群がそれぞれ設けられている構造）を採用していた点との大きな差異である。また、図 1 5 (A) に示すように、片面配置構造では、磁石群構造 3 OMの裏側（コイル群とは反対側）に、磁性体で構成されたヨーク材 36を設けるようにしてもよい。このようなヨーク材 36を設けることによって、磁石群構造 3 OMのコイル群構造 4 OABと面した側における磁束密度を高めることができる。なお、両面配置構造ではこのようなヨーク材は不要である。

図 1 5 (B) は、 2相モータの第 6変形例を示している。この第 6変形例は、第 5変形例のサブコイル群間隔 D cを磁極ピッチ Pm (=7Γ) の 9 2に変更したものであり、他の点は第 5変形例と同じである。

これらの多数の変形例からも理解できるように、関係式 D c = Pm (KZM) における Kの値としては、相数 Mの整数倍以外の種々の値を採用することが可能である。前述したように、 Kが Mの整数倍である場合を除外している理由は、この場合に電動モータが始動できない中立位置が発生するからである。

D. 2相モータの回路構成の変形例

図 1 6は、駆動制御部 1 00 (図 8) の第 1変形例を示すブロック図である。この駆動制御部 1 00 aは、動作モード信号生成部 1 04 aと、駆動信号生成部 1 60と、 2つの E XOR回路 1 61 , 1 62とを備えている。動作モード信号生成部 1 04 aは、ユーザの指示に応じて、駆動信号切替信号 S 1 と回転方向信号 S 2とを出力する。駆動切替信号 S 1は、直接駆動モード（後述する）と、 P WM駆動モードとを切り換えるための信号である。回転方向信号 S 2は、正転と逆転を切り換える信号である。回転方向信号 S 2は、 A相センサ信号 SSAとともに第 1の EXOR回路 1 61に入力され、また、 B相センサ信号 SS Bとともに第 2の EXOR回路 1 62に入力される。なお、ここでは A相センサと B相センサがデジタル出力を有するものとしている。駆動信号生成部 1 60は、 EXO R回路 1 61. 1 62の出力を利用して A相駆動信号 D RV A 1 , DRV A 2と、 B相駆動信号 DRVB 1 , DRVB2とを生成する。

図 1 7は、駆動信号生成部 1 60が直接駆動モードで動作する場合の信号波形を示している。 A相駆動信号 DRVA 1 , D R V A 2は A相センサ信号 S S Aを増幅したものに相当し、 B相駆動信号 DRVB 1 , DRVB2は B相センサ信号 SBを増幅したものに相当する。この例から理解できるように、直接駆動モードでは、センサ信号の波形をそのまま利用して駆動信号を生成する。

PWM駆動モードは、前述した図 1 0及び図 1 1 と同様な駆動信号を生成するモードである。 PWM駆動モードを実行するための回路構成は、図 8に示したものとほぼ同じなので詳細な説明は省略する。

図 1 8は、駆動制御部の第 2変形例を示すブロック図である。この駆動制御部 1 00 bは、動作モード信号生成部 1 04 bと、電子可変抵抗器 1 06と、 4つの電圧比較器 1 1 1〜 1 1 4と、マルチプレクサ 1 20とを備えている。動作モ一ド信号生成部 1 04 bは、ユーザの指示に応じて回転方向信号 S 2を出力する。電子可変抵抗器 1 06と、 4つの電圧比較器 1 1 1 ~ 1 1 4と、マルチプレクサ 1 20は、図 8に示したこれらの回路と同じであり、これらの回路によって駆動信号生成部を構成している。

図 1 9は、図 1 8に示す駆動制御部 1 00 bの信号波形を示すタイミングチヤ一卜である。この駆動制御部 1 00 bの動作は、正弦波を模擬した PWM信号を用いていない点で図 1 0及び図 1 1に示したものと異なるが、他の点は図 1 0及び図 1 1とほぼ同じである。また、図 1 9においても、駆動信号 DRVA 1 ' D RVA 2, DRVB 1 , D R V B 2のデューティは、ヒステリシスレベルに応じて変更することが可能である。

図 20は、図 9に示したドライバ回路 1 50の変形例を示すブロック図である。このドライバ回路 1 50 aは、図 9の 2つの H型ブリッジ回路 1 2 OA, 1 30 Bの右側の 2つのトランジスタを A相と B相で共用することによって、回路構成を簡略化したものである。共用化された 2つのトランジスタ 1 55, 1 56は、図 20では図の下側に描かれている。これらの 2つのトランジスタ 1 55, 1 5 6のゲー卜には、 NOR回路 1 51と OR回路 1 52の出力がそれぞれ入力されている。 NOR回路 1 51の入力端子には、駆動信号 DRVA 2, DRVB2が供給されている。 OR回路 1 52の入力端子には、駆動信号 DRVA 1. DRV B 1が供給されている。この回路構成は、図 9に示した 2つのブリッジ回路 1 2 OA, 1 30 Bを合体したものに相当するごとが理解できる。なお、 2つのトランジスタ 1 55, 1 56には過電流防止回路 1 53， 1 54がそれぞれ設けられているが、これらは省略可能である。

図 1 6〜図 20に示したように、回路構成としては種々の構成を採用することが可能である。また、これら以外の回路構成を採用してもよい。 E. 2相モータの適用例

図 21 (A), 21 (B) は、本発明の実施例としての 2相モータの機械的構成の一例を示す断面図である。この 2栢モータは、略円筒状のロータ 30M (磁石群構造）力略円筒状の二重構造のステータ 40 AB, 50AB (コイル群構造）の間に挿入されたインサートロータ構造を有している。すなわち、 2つのコイル群構造 40 A B, 50ABは、中空の二重円筒構造を構成する 2つの円筒部材を構成しており、磁石群構造 30Mはコイル群構造 4 ΟΑΒ, 50ABの間に挿入された他の円筒部材として構成されている。このように、 3つの中空円筒部材を同軸状に重ねた構造を、以下、「中空多重円筒構造」とも呼ぶ。

図 22 (A), 22 (B) は、ロータとステ一夕とを分離して示している。図 2 2 (A) に示すステータは、 2つのコイル群構造 40 A B, 50ABを有している。外側にあるコイル群構造 40 A Bの支持部材 42は、中空円筒状のケースを構成している。このケース 42の円筒面の外側には、磁気遮蔽部材 43が設けられている。この磁気遮蔽部材 43は、磁気がモータの外部に漏れないようにするためのものであり、極く薄い強磁性材料（例えばパーマロイ）で形成されている。但し、磁気遮蔽部材 43は、磁気回路を構成するためのヨークとしての機能は有していない。なお、モータに使用されている部材がヨークとしての機能を有しているか否かは、磁気遮蔽部材がある場合と無い場合のコイルの表面磁束密度に応じて判定することができる。例えば、磁気遮蔽部材 43を設けたときに、コイルの表面磁束密度が 1 0%以上増加する場合にはヨークとしての機能を有していると判定し、 1 0%未満である場合にはヨー^としての機能を有していないと判定することが可能である。なお、この判定基準は、 1 θο/οでなく 5%としてもよい。ステ一夕の内部の基板 220には、駆動回路ユニット 500 (図 7) が設けられている。駆動回路ユニット 5ひ 0には、電気配線 21 0を介して外部から電源と制御信号とが供給される。

ロータ 30Mは、磁石群 34Mを有しており、また、中心に軸 37が設けられている。図 22 (A) に示すように、ステータの左側の底面には、軸受け部 38 が設けられている。また、図 22 (B) に示すように、ロータ 30 Mの挿入後にケースを閉じるための蓋 39にも、軸受け部 36が設けられている。

なお、図 21 (B) の例では、第 1のコイル群構造 4 OABと第 2のコイル群構造 50 A Bは、それぞれ 4つのコイルを有しており、磁石群 34 Mは 6つの磁石を有している。但し、コイルや磁石の数は他の値に設定することが可能である。この 2相モータは中空多重円筒構造を有しているので、ロータの振動が少ないという利点がある。

図 23 (A), 23 (B) は、 2相モータの機械的構成の他の例を示す断面図である。この 2相モータは、図 21 (A), 21 (B) の構成から第 2のコイル群構造 5 OA Bを省略したものであり、略円筒状のロータ 30M (磁石群構造）が、略円筒状のステータ 4 OAB (第 1のコイル群構造）の内側に揷入されたインナ一ロータ構造を有している。コイルと磁石の配置は、図 1 5 (A), 1 5 (B) に示した片面配置に相当している。但し、インナーロータ構造を用いて片面配置を実現した場合には、図 1 5 (A), 1 5 (B) に示したヨーク材 36は省略可能である。

図 24 (A). 24 (B) は、 2相モータの機械的構成のさらに他の例を示す断面図である。この 2相モータは、円盤状のロータ 3 OM (磁石群構造）が、円盤状の二重構造のステータ 4 O AB, 50AB (コイル群構造）の間に挿入された扁平ロータ構造を有している。このような扁平ロータ構造を採用すると、モータの厚みを薄くすることが可能である。

図 25 (A), 25 (B) は、 2相モータの機械的構成のさらに他の例を示す断面図である。この 2相モータは、図 24 (A), 24 (B) の構成から第 2のコィル群構造 5 OABを省略したものであり、円盤状のロータ 3 OM (磁石群構造）が、円盤状のステータ 40 AB (第 1のコイル群構造）とが対向する扁平ロータ構造を有している。ロータ 3 OMの背面側（図中の右側面）には、ヨーク材 36 が配置されている。コイルと磁石の配置は、図 1 5 (A), 1 5 (B) に示した片面配置に相当している。

以上のように、本発明による電動機は、種々の機械的構成を採用することが可能でめる。 F. 第 2実施例（3相モータ）

― 図 26 (A) 〜26 (C) は、本発明の第 2実施例における電動モータの概略構成を示す説明図である。この第 3実施例例のモータは、 A相と B相と C相の 3 つのサブコイル群を有する 3相モータである。磁石群構造 3 OMは、図 4 (A) に示した第 1実施例の磁石群構造と同じ構成を有している。磁石群構造 3 OMの両側には、第 1のコイル群 4 OABCと第 2のコイル群 50 ABCが設けられている。第 1のコイル群構造 40 ABCは、 A相サブコイル群のコイル 91 A 1 と、 B相サブコイル群のコイル 92 B 1と、 C相サブコイル群のコイル 93 C 1とが繰り返し配置されたものである。なお、図 26 (A) 〜26 (C) では、図示の便宜上、 A相サブコイル群のコイルを実線で描き、 B相サブコイル群のコイルを点線で、 C相サブコイル群のコイルを破線で描いている。第 2のコイル群構造 5 0 ABCも第 1のコイル群構造 40 ABCと同じ構成を有している。また、第 1 と第 2のコイル群構造 40 ABC, 50 ABCの同じ相のコイルは、互いに対向する位置に配置されている。 A相， B相， C相の各相のサブコイル群間隔 D cは、磁極ピッチ Pmの 2 3倍であり、電気角で 27Γ/3に相当する。すなわち、サブコイル群間隔 D cと磁極ピッチ Pmとの蘭係式 D c = Pm(KZM)において、第 2実施例は K=2, Μ=3の場合に相当する。

なお、 Α相サブコイル群は 1種類のコイル 91 A 1のみで構成されている。 B 相及び C相も同様である。この点は、第 1実施例（図 4 (A)) において A相サブコイル群が互いに逆方向に励磁される 2種類のコイル 1 4 A 1 , 1 4 A2で構成されていた点と異なっている。この理由は、第 2実施例では、サブコイル群間隔 D c (= 2 Pm/3 = 2 π/3) に相数 Μ (=3) を乗じた値 D c XMが、電気角で 27Γになるからである。 D c XMの値は、同じ相の隣接するコイル同士の距離に相当する。従って、この距離 D c XMが 27Γに等しい場合には、同じ相の隣接するコイル同士は常に同じ極性に励磁される。なお、一般には、整数 Kの値が偶数の場合には、各相のサブコイル群内のすべてのコイルが常に同じ極性に励磁される。一方、整数 Kの値が奇数の場合には、各相のサブコイル群内の隣接するコイル同士が常に逆の極性に励磁される。

図 26 (A) は、位相が 2 π直前の状態を示している。位相が 27Γのタイミングでは、 Α相サブコイル群 9 1 A 1の極性が反転する。図 26 (B) は、位相が兀ノ3の直前の状態を示している。位相が 7ΤΖ3のタイミングでは、 C相サブコィル群 93 C 1の極性が反転する。図 26 (C) は位相が 27Γ 3の直前の状態を示している。位相が 27： 3のタイミングでは、 Β相サブコイル群 92 Β 1の極性が反転する。

この第 2実施例の 3相モータにおいても、 Α相サブコイル群 9 1 A 1の極性（磁化方向）は、 A相サブコイル群 91 A 1の各コイルが磁石群 3 OMの各磁石と対向するタイミングで切り換えられる。 B相サブコイル群及び C相サブコイル群も同様である。この結果、すべてのコイルから常に駆動力を発生させ得るので、大きなトルクを発生することが可能である。

なお、第 2実施例の 3相モータも、第 1実施例と同様に、磁性体のコアを有しておらず、磁気回路を構成するヨークも有していない。また、回転軸と、軸受け部以外の構造材は、すべて非磁性で非導電性の材料で形成されていることが好ましい。

図 27は、第 2実施例における駆動制御部の構成を示すブロック図である。この駆動制御部 1 00 cは、図 8に示した 2相モータ用の回路に、 C相のための回路部分（例えば電圧比較器 1 1 5， 1 1 6) を追加し、また、正弦波発生回路 1 08を追加したものである。

正弦波発生回路 1 08は、 3相のセンサ信号 S S A, S S B, S S Cに応じて、位相が 27ΓΖ3ずつ順次ずれた 3つの正弦波信号 SA, SB, SCを発生する。

3つの正弦波信号 SA, SB, SCは、電圧比較器 1 1 1〜 1 1 6に入力され、また、 2段 PWM回路 1 30 aにも供給される。なお、マルチプレクサ 1 20 a 及び 2段 PWM回路 1 30 aは、図 8に示したこれらの回路を三相用に変更したものである。 2段 PWM回路 1 30 aからは、三相の駆動信号対（DRVA 1 , DRVA2), (DRVB 1 , DRVB2), (DRVC 1 , DRVC2) が出力される。なお、各駆動信号の波形は、図 1 0及び図 1 1に示したものとほぼ同じであり、各相の位相差が 27ΓΖ3である点だけが異なっている。

図 28は、第 2実施例におけるドライバ回路の構成を示すブロック図である。このドライバ回路 1 50 cは、サブコイル群 91 A, 92 B, 93 Cを駆動するための 3相プリッジ回路である。

図 29は、第 2実施例のセンサ信号と各相のコィルの励磁方向を示すタィミングチャートである。 A, B, C相のセンサ信号 SSA, S S B, SSCは、電気角で 7Γの長さの期間毎に Hレベルと Lレベルが切り替わるデジタル信号である。また、各相の位相は、 27： 3ずつ順次ずれている。図 29の下部には、 A, B, C相の各サブコイル群の励磁方向が示されている。各サブコイル群の励磁方向は、 3つのセンサ信号 SS A, SSB, S S Cの論理演算で決定されている。

図 30 (A) 〜30 (F) は、図 29の 6つの期間 P 1〜P 6における電流方向を示している。本実施例では、 A, B, C相のサブコイル群がスター結線されているがデルタ結線してもよい。期間 P 1では、 B相サブコイル群から A相と C 相のサブコイル群に電流が流れる。期間 P 2では、 B相と C相のサブコイル群から A相サブコイル群に電流が流れる。このように、 A, B, C相の各サブコイル群に常に電流が流れるように各サブコイル群を駆動すれば、大きなトルクを発生することができる。

第 2実施例の 3相モータにおいても、磁石群構造 3 OMの両側に 2つのコイル群構造 40ABC, 50ABCを設け、磁石群構造 30Mの両側の磁束を利用して駆動力を発生させているので、大きな駆動力を得ることができる。また、第 2 実施例の 3相モータも、磁性体のコア及びヨークを全く設けない構成としたので、軽量で大きなトルクを得ることができる。また、コギングが無く、極めて低回転数まで安定した回転を維持することができる。但し、 2つのコイル群構造 40A BC, 50 ABCの一方を省略して片面構造を採用してもよい。この場合には、磁石群構造 3 OMにヨーク材 36 (図 1 5 (A), 1 5 (B)) を設けるようにしてもよい。

なお、 3相モータの機械的構造としては、上述したインサートロータ構造や、インナ一ロータ構造、扁平ロータ構造、リニアモータ構造などの各種の構造を採用することが可能である。また、上述した第 1実施例の各種の変形例と同様な変形を、第 2実施例の 3相モータにも適用することが可能である。

G. 第 3実施例（4相モータ）

図 3 1 (A) 〜3 1 (D) は、本発明の第 3実施例における電動モータの概略構成と動作を示す説明図である。この第 3実施例例のモータは、 A相と B相と C 相と D相の 4つのサブコイル群を有する 4相モータである。磁石群構造 3 OMは、図 4 (A) に示した第 1実施例の磁石群構造と同じ構成を有している。磁石群構造 3 OMの両側には、第 1のコイル群 40 A B C Dと第 2のコイル群 50 A B C Dが設けられている。第 1のコイル群構造 40 ABCDは、 A相サブコイル群のコイル 91 A 1. 9 1 A2と、 B相サブコイル群のコイル 92 B 1 , 92 B 2と、 C相サブコイル群のコイル 93 C 1， 93 C 1と、 D相サブコイル群のコイル 9 4 D 1 , 94 D 2が所定の順番で配置されたものである。なお、図 31 (A) 〜 31 (D) では、図示の便宜上、 A相サブコイル群のコイルを実線で描き、 B相サブコイル群のコイルを点線で、 C相サブコイル群のコイルを破線で描き、 D相サブコイル群のコイルを一点鎖線で描いている。第 2のコイル群構造 50 ABC Dも第 1のコイル群構造 40 ABCDと同じ構成を有している。また、第 1 と第 2のコイル群構造 40 A B C D, 50 A B C Dの同じ相のコイルは、互いに対向する位置に配置されている。 A相， B相， C相， D相の各相のサブコイル群間隔 D cは、磁極ピッチ Pmの 3 4倍であり、電気角で 37ΓΖ4に相当する。すなわち、サブコイル群間隔 D cと磁極ピッチ Pmとの関係式 D c = Pm (K/M) において、第 3実施例は K= 3, Μ=4の場合に相当する。

なお、 Α相サブコイル群は、互いに逆方向に励磁される 2種類のコイル 91 A 1 , 91 A 2で構成されている。他の相も同様である。この理由は、第 2実施例で説明したように、サブコイル群間隔 D cと磁極ピッチ Pmとの関係式 D c = P m (K/M) において、整数 Kが奇数だからである。

図 31 (A) は、位相が 27Γ直前の状態を示している。位相が 27Γのタイミングでは、 D相サブコイル群 94 Dの極性が反転する。図 3 1 (Β) は、位相が兀ノ 4の直前の状態を示している。位相が 7ϋΖ4のタイミングでは、 C相サブコィル群 93 Cの極性が反転する。図 31 (C) は位相が 7ΓΖ2の直前の状態を示している。位相が 7ΓΖ2のタイミングでは、 Β相サブコイル群 92 Βの極性が反転する。図 31 (D) は位相が 3兀 4の直前の状態を示している。位相が 3兀 4のタイミングでは、 Α相サブコイル群 9 1 Aの極性が反転する。この第 3実施例の 4相モータにおいても、 A相サブコイル群 91 Aの極性（磁化方向）は、 A相サブコイル群 9 1 Aの各コイルが磁石群 3 OMの各磁石と対向するタイミングで切り換えられる。他の相のサブコイル群も同様である。この結果、すべてのコイルから常に駆動力を発生させ得るので、大きなトルクを発生することが可能である。

なお、第 3実施例の 4相モータも、第 1実施例と同様に、磁性体のコアを有しておらず、磁気回路を構成するヨークも有していない。また、回転軸と、軸受け部以外の構造材は、すべて非磁性で非導電性の材料で形成されていることが好ましい。

図 32は、第 3実施例のセンサ信号と各相のコイルの励磁方向を示すタイミングチャートである。なお、第 3実施例の駆動回路ユニットの構成は、上述した第 1実施例（図 7, 図 8) 及び第 2実施例（図 27) から類推して容易に構成可能なので説明を省略する。図 32において、各相の位相は 3 πΖ4ずつ順次ずれている。図 32の下部には、各相のサブコイル群の励磁方向が示されている。各サブコイル群の励磁方向は、 4つのセンサ信号 SSA, SSB, S SC, SSDの論理演算で決定されている。

第 3実施例の 4相モータにおいても、磁石群構造 3 ΟΜの両側に 2つのコイル群構造 4 OA BCD, 50ABCDを設け、磁石群構造 30 Mの両側の磁束を利用して駆動力を発生させているので、大きな駆動力を得ることができる。また、第 3実施例の 4相モータも、磁性体のコア及びヨークを全く設けない構成としたので、軽量で大きなトルクを得ることができる。また、コギングが無く、極めて低回転数まで安定した回転を維持することができる。但し、 2つのコイル群構造 40ABCD, 5 OABCDの一方を省略して片面構造を採用してもよい。この場合には、磁石群構造 3 OMにヨーク材 36 (図 1 5 (A), 1 5 (B)) を設けるようにしてもよい。

なお、 4相モータの機械的構造としては、上述したインサートロータ構造や、インナーロータ構造、扁平ロータ構造、リニアモータ構造などの各種の構造を採用することが可能である。また、上述した第 1実施例の各種の変形例と同様な変形を、第 3実施例の 4相モータにも適用することが可能である。

以上の各種の実施例から理解できるように、本発明は、 M組のサブコイル群を有する M相のモタとして構成することが可能である。このとき、各サブコイル群は、それぞれ 1つ以上のコイルで構成される。また、磁石群も 1つ以上の磁石で構成することができる。但し、磁石群が 1つの磁石のみで構成されるときには、各サブコイル群は複数のコイルで構成される。一方、各サブコイル群が 1つのコィルのみで構成される場合には、磁石群は複数の磁石で構成される。

また、駆動信号生成回路と回生回路は、 M組のサブコイル群のうちのすくなくとも 1つのサブコイル群から駆動力を発生させつつ、他の少なくとも 1つのサブコイル群から電力を回生する運転モードで電動機を運転することが可能な回路構成を採用することが可能である。 H . その他の変形例

( 1 ) 図 3 3 ( A ) は、コイル形状と磁石形状の変形例を示す説明図であり、モ一夕の右半分の縦断面図を示している。ロータ 3 0 Mは、回転軸 3 7を中心として回転する。ロータ 3 O Mの外周には、磁石 3 4 Mが設けられており、その上下に A相のコイル 1 4 A 1がそれぞれ配置されている。なお、この図では他の相のコイルは図示が省略されている。磁石 3 4 Mは、外周部の中央に凹部を有しておリ、上下方向に着磁されている。コイル 1 4 A 1は、通常の平面的な環状コイルである。

図 3 3 ( B ) は、平面的な環状コイル 1 4 A 1の代わりに、磁石 3 4 Mの外形に沿って L字型に屈曲した環状コイル 1 4 A 1 aを用いた構造を示している。このような屈曲環状コイル 1 4 A 1 aを用いるようにすれば、磁石 3 4 Mの上下にある凸部近傍における磁束を有効に利用することができる。従って、電動機の効率を向上させることが可能である。

( 2 ) 上記実施例や変形例では、主として回転式モータについて説明したが、本発明は、回転式モータ以外の種々の電動機に適用することが可能である。また、本発明は、ァクチユエータに限らず、発電機にも適用可能である。

( 3 ) 上記実施例や変形例では、主として複数のコイル群がステータを構成し、磁石群がロータを構成していたが、逆の構成にすることも可能である。一般に、本発明は、複数のコイル群と磁石群との相対的な位置が変化可能なァクチユエ一タや発電機に適用することが可能である。

( 4 ) 上記実施例や変形例で使用した回路構成は一例であり、これら以外の種々の回路構成を採用することが可能である。産業上の利用可能性

この発明は、回転式モータやリニアモータなどの種々の電動機及び発電機に適用可能である。

Claims

請求の範囲

1 . 電動機であって、

所定の方向に沿って配置された複数のコイルを含む第 1のコイル群と、

5 前記第 1のコイル群に対面しているとともに、前記第 1のコイル群に対して前記所定の方向に沿って相対的に移動可能な磁石群と、

を備え、

前記第 1のコイル群はそれぞれ n個（nは 1以上の整数）のコイルで構成される M相（Mは 2以上の整数）のサブコイル群に分類されているとともに、前記所0 定の方向に沿って第 1相サブコイル群から第 M相サブコイル群までの各サブコィル群のコイルが所定のサブコイル群間隔 D cで 1つずつ順番に配列されており、前記磁石群に関して前記所定の方向に沿って電気角で 7Γに相当する距離を磁極ピッチ P mと定義したとき、前記サブコィル群間隔 D cは前記磁極ピッチ P mの KZM倍（Kは Mの整数倍を除く正の整数）の値に設定されており、

5 隣接するサブコイル群同士は、（K ZM ) πの位相差で駆動され、

各コイルは磁性体製のコアを実質的に有していない、電動機。

2 . 請求項 1記載の電動機であって、

• 前記第 1のコイル群側から前記磁石群を見たとき、前記所定の方向に沿って Ν0 極と S極とが交互に配置されており、前記 Ν極と S極のピッチは前記磁極ピッチ P mに等しい、電動機。

3 . 請求項 1記載の電動機であって、

前記第 1のコイル群側から前記磁石群を見たとき、前記所定の方向に沿って N5 極と S極とのうちの所定の一方である同極が繰り返し配置されており、前記同極同士のピツチは前記磁極ピッチ P mの 2倍に等しい、電動機。

4 . 請求項 1〜 3のいずれかに記載の電動機であって、さらに、前記第 1のコイル群と前記磁石群とを収納するケースを備えており、各コイルは、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成されたコアの回りに巻き回されており、

前記ケースは、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成されている、電動機。

5 . 請求項 1 ~ 4のいずれかに記載の電動機であって、

回転軸と、軸受け部以外の構造材は、実質的に非磁性かつ非導電性の材料で形成されている、電動機。

6 . 請求項 1〜 5のいずれかに記載の電動機であって、

前記整数 Kは奇数であり、

各サブコィル群のコィル数 nは 2以上であり、同一相のサブコィル群に属する隣り合うコイル同士が常に逆極性に励磁されるように互いに接続されている、電動機。

7 . 請求項 1〜 5のいずれかに記載の電動機であって、

前記整数 Kは偶数であり、

各サブコイル群のコイル数 nは 2以上であり、同一相のサブコイル群に属するすべてのコイルが常に同じ極性に励磁されるように互いに接続されている、電動機。

8 . 請求項 1〜7のいずれかに記載の電動機であって、さらに、

前記磁石群を挟んで前記第 1のコィル群と反対側に設けられているとともに、前記第 1のコイル群との相対的な位置が固定されている第 2のコイル群を備え、前記第 2のコィル群は、前記第 1のコイル群と同一のコィル配置を有しておリ、前記第 1のコイル群の第 m相のサブコイル群（mは 1〜Mの整数）と、前記第 2のコイル群の第 m相のサブコイル群とは、前記磁石群を挟んで対向する位置に配置されているとともに常に同じ極性に励される、電動機。

9 . 請求項 1〜 8のいずれかに記載の電動機であって、さらに、

前記 M相のサブコイル群に供給する M個の交流駆動信号を供給するための駆動信号生成回路を備え、

前記駆動信号生成回路は、各サブコイル群に属する各コイルの極性が前記磁石群内の磁石の中心と各コイルの中心とが対向するタイミングで切り替わるとともに、同一相のサブコイル群に属する隣り合うコイル同士の間の中央位置が前記磁石群内の磁石の中心と対向するタイミングにおいて当該サブコイル群における磁束密度が最も大きくなるように、前記 M個の交流駆動信号を生成する、電動機。

1 0 . 請求項 9記載の電動機であって、

- 前記駆動信号生成回路は、各サブコイル群の電流方向を逆転させることによつて、前記第 1のコイル群と前記磁石群の動作方向を逆転させることが可能である、電動機。

1 1 . 請求項 9又は 1 0記載の電動機であって、

前記駆動信号生成回路は、

位相が（K ZM) 7Γだけ相互にずれた M個の P WM信号をそれぞれ生成する P WM回路と、

前記電動機の出力要求に応じて前記 Μ個の P WM信号をマスクすることによつて前記 Μ個の交流駆動信号を生成するマスク回路と、

を備える、電動機。

1 2 . 請求項 1 1記載の電動機であって、

前記マスク回路は、各交流駆動信号の極性が反転するタイミングを中心とした対称な時間的範囲で各 P WM信号をマスクする、電動機。

1 3 . 請求項 9〜 1 2のいずれかに記載の電動機であって、さらに、前記コイル群から電力を回生するための回生回路を備え、

前記駆動信号生成回路と前記回生回路は、前記 M相のサブコイル群のうちのすくなくとも 1相のサブコイル群から駆動力を発生させつつ、他の少なくとも 1相のサブコイル群から電力を回生する運転モードで前記電動機を運転することが可能である、電動機。