CN100511928C

CN100511928C - 电动机

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Publication number: CN100511928C
Application number: CNB2005800006098A
Authority: CN
Inventors: 竹内启佐敏; 佐川隆博
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Godo Kaisha IP Bridge 1
Priority date: 2004-05-18
Filing date: 2005-05-17
Publication date: 2009-07-08
Anticipated expiration: 2025-05-17
Also published as: JP4039458B2; CN100521463C; WO2005112230A1; EP1646130A4; EP2264874A2; JPWO2005112230A1; KR100748789B1; US7501733B2; WO2005112231A1; CN1820403A; JPWO2005112231A1; CN1792020A; DE112005000091T5; EP1646130B1; KR20060030524A; EP2264874A3; US20060279166A1; EP1646130A1; US7884517B2; US20090160383A1

Abstract

本发明的电动机，具有包括多个线圈的第1线圈组和磁体组。第1线圈组被分类为M相的子线圈组，从第1相子线圈组到第M相子线圈组的各个子线圈组的线圈以规定的子线圈组间隔Dc逐个地顺序排列。把相当于电气角π的距离定义为磁极间距Pm时，子线圈组间隔Dc被设定为磁极间距Pm的K/M倍的值，这里K为除M的整数倍以外的正整数。相邻的子线圈组以(K/M)π的相位差被驱动。各个线圈实质上不具有磁性体制成的磁芯。

Description

电动机

技术领域

本发明涉及电气电机和发电机等的电动机(Electric Machine)。

背景技术

电动电机有同步电机和感应电机两种。电机的种类根据转子的不同，可以分为使用永磁体的磁体型、缠绕有线圈的绕线型、使用铁等强磁性体的电抗型。磁体型的电机的转子的永磁体被定子的旋转磁场吸引而旋转。

作为磁体型同步电机，例如有日本特开平8-51745号公报记载的小型同步电机。该小型同步电机包括缠绕了励磁线圈的定子磁芯和含有磁体的转子。

但是，现有的电机存在着这样的问题：与产生扭矩相比，重量增加，在需要增大产生扭矩时产生扭矩和重量之比大大恶化。并且，如果使用高磁通密度的磁体，则受铁损的影响，存在如果在起动时不流过庞大的电流就不动作的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种结构与以往不同的电动机。

本发明的电动机具有：第1线圈组，其包括沿着规定方向而配置的多个线圈；磁体组，其与所述第1线圈组面对，并且可沿着所述规定方向相对于所述第1线圈组相对移动。所述第1线圈组被分类为分别由n个(n为1或更大的整数)线圈构成的M相(M为2或更大的整数)的子线圈组，从第1相子线圈组到第M相子线圈组的各个子线圈组的线圈沿着所述规定方向以规定的子线圈组间隔Dc按顺序逐个地排列。在针对所述磁体组，把沿着所述规定方向相当于电气角π的距离定义为磁极间距Pm时，所述子线圈组间隔Dc被设定为所述磁极间距Pm的K/M倍(K为除了M的整数倍以外的正整数)的值。相邻的子线圈组以(K/M)π的相位差被驱动。优选各个线圈实质上不具有磁性体制成的磁芯。

该电动机实质上不具有磁性体制成的磁芯，所以不会产生接头(cogging)，能够实现稳定平滑的旋转。并且，子线圈组间隔Dc和磁极间距Pm之间具有Dc＝(K/M)Pm的关系，相邻的子线圈组以(K/M)π的相位差被驱动，所以线圈组和磁体组的位置关系不会取中立位置(净余力不作用于动作方向上，不能起动的位置)。因此，总是可以在所期望的动作方向(正方向或逆方向)上起动电动机。

另外，优选所述整数K和所述整数M不具有1以外的公约数。其原因是假定K和M具有1以外的公约数N时，可以认为电动机的实质的相数成为M/N。例如，在K＝6、M＝4时，构成为具有4组子线圈组的4相电动机，但这可以认为实质上与K＝3、M＝2时的2相电动机实质上相同。

当从所述第1线圈组侧观看所述磁体组时，可以沿着所述规定方向交替配置N极和S极。此时，所述N极和S极的间距等于所述磁极间距Pm。

或者，当从所述第1线圈组侧观看所述磁体组时，作为N极和S极中的规定一方的同极沿着所述规定方向重复配置。此时，所述同极之间的间距等于所述磁极间距Pm的2倍。

上述电动机还具有容纳所述线圈组和所述磁体组的壳体，各个线圈被缠绕在实质上由非磁性且非导电性材料形成的支承部件上，所述壳体可以实质上由非磁性且非导电性的材料形成。

根据这种结构，可以实现几乎没有铁损的电动机。

上述电动机的除旋转轴和轴承部以外的结构部件，实质上可以由非磁性且非导电性材料形成。

根据这种结构，可以做到更加轻量化，并且能够进一步降低铁损。

另外，所述整数K是奇数，各个子线圈组的线圈数n为2或更大，属于同一相的子线圈组的相邻线圈相互连接成总是被励磁为相反极性。

或者，所述整数K是偶数，各个子线圈组的线圈数n为2或更大，属于同一相的子线圈组的所有线圈相互连接成总是被励磁为相同极性。

所述电动机还可以具有第2线圈组，其被设在隔着所述磁体组与所述第1线圈组相反的一侧，并且与所述第1线圈组相对的位置被固定。所述第2线圈组具有与所述第1线圈组相同的线圈配置，优选所述第1线圈组的第m相的子线圈组(m为1～M的整数)和所述第2线圈组的第m相的子线圈组配置在隔着所述磁体组相对的位置上，并且总是被励磁为相同极性。

根据这种结构，可以有效利用磁体组两侧的磁通，所以能够产生大的扭矩。并且，第1和第2线圈组的同是第m个的子线圈组相对而被励磁为相同极性，所以在第1线圈组和磁体组之间产生的与动作方向垂直的方向的力、与在第2线圈组和磁体组之间产生的相同的力相互抵消。结果，与动作方向垂直的方向的净余力实质上为零，所以能够防止起因于这种力的振动或噪声。

上述电动机还具有驱动信号生成电路，其提供用于提供给所述M相的子线圈组的M个交流驱动信号，所述驱动信号生成电路可以生成所述M个交流驱动信号，以使得在所述磁体组内的磁体的中心和属于各个子线圈组的各个线圈的中心相对的定时，各个线圈的极性被切换，并且在属于同一相的子线圈组的相邻线圈之间的中央位置与所述磁体组内的磁体的中心相对的定时，该子线圈组的磁通密度最大。

根据这种结构，可以与驱动信号同步地驱动电动机。

优选的是所述驱动信号生成电路可以通过使各个子线圈组的电流方向逆转，而使所述第1线圈组和所述磁体组的动作方向逆转。

并且，所述驱动信号生成电路具有：PWM电路，其分别生成相位相互偏移了(K/M)π的M个PWM信号；遮蔽电路，其根据所述电动机的输出要求来遮蔽所述M个PWM信号，从而生成所述M个交流驱动信号。

根据这种结构，通过利用遮蔽电路遮蔽PWM信号，可以调节电动机的输出。

所述遮蔽电路可以在以各个交流驱动信号的极性反转的定时为中心。的对称的时间范围内遮蔽各个PWM信号。

一般，在各个交流驱动信号的极性反转的定时附近，线圈不怎么产生有效的驱动力，而具有在交流驱动信号的峰值附近产生有效的驱动力的趋势。因此，根据上述结构，在线圈不怎么产生有效的驱动力的时段遮蔽PWM信号，所以能够提高电动机的效率。

另外，上述电动机还具有从所述线圈组再生电力的再生电路，优选的是所述驱动信号生成电路和所述再生电路能够使所述电动机在这样的运转模式下运转，即，在该运转模式下从所述M相的子线圈组中的至少1相的子线圈组产生驱动力，从其他至少1相的子线圈组再生电力。

根据这种结构，可以根据需要同时执行驱动力的产生和电力的再生，并使电动机动作。

另外，本发明可以利用各种方式实现，例如，可以利用电动机、线性电机和旋转式电机等电动电机、发电机、它们的致动器和电机、发电机的驱动方法和驱动装置等方式来实现。

附图说明

图1(A)、图1(B)是表示本发明的比较例的电动电机的概要结构和交流驱动信号的说明图。

图2(A)、图2(B)是表示线圈的接线方法的示例图。

图3(A)～图3(D)是表示比较例的电动电机的动作的图。

图4(A)、图4(B)是表示本发明第1实施例的电动电机的概要结构和交流驱动信号的说明图。

图5(A)～图5(D)是表示本发明第1实施例的电动电机的动作的图。

图6(A)、图6(B)是表示磁体M和线圈的平面配置的示例的图。

图7是表示驱动电路单元的结构的方框图。

图8是表示驱动控制部的结构的方框图。

图9是表示驱动器电路的结构的方框图。

图10是表示第1实施例的电机产生大扭矩时的信号波形的时序图。

图11是表示第1实施例的电机产生小扭矩时的信号波形的时序图。

图12是表示再生控制部和相对减速用的驱动器电路的内部结构的图。

图13(A)～图13(D)是表示2相电机的第1变形例的结构和动作的图。

图14(A)～图14(C)是表示2相电机的其他变形例的图。

图15(A)、图15(B)是表示2相电机的另外其他变形例的图。

图16是表示驱动控制部的第1变形例的方框图。

图17是表示驱动信号生成部直接以驱动模式动作时的信号波形的时序图。

图18是表示驱动控制部的第2变形例的方框图。

图19是表示驱动控制部的第2变形例的信号波形的时序图。

图20是表示驱动器电路的变形例的方框图。

图21(A)、图21(B)是表示2相电机的机械结构的一例的剖视图。

图22(A)、图22(B)是表示定子和转子的结构的剖视图。

图23(A)、图23(B)是表示2相电机的机械结构的其他示例的剖视图。

图24(A)、图24(B)是表示2相电机的机械结构的另外其他示例的剖视图。

图25(A)、图25(B)是表示2相电机的机械结构的另外其他示例的剖视图。

图26(A)～图26(C)是表示本发明第2实施例的3相电机的概要结构的说明图。

图27是表示第2实施例的驱动控制部的结构的方框图。

图28是表示第2实施例的驱动器电路的结构的方框图。

图29是表示第2实施例的传感器信号和各相的线圈的励磁方向的时序图。

图30(A)～图30(F)是表示第2实施例的6个时段P1～P6的电流方向的说明图。

图31(A)～图31(D)是表示本发明第3实施例的4相电机的概要结构的说明图。

图32是表示第3实施例的传感器信号和各相的线圈的励磁方向的时序图。

图33(A)、图33(B)是表示线圈形状和磁体形状的变形例的说明图。

具体实施方式

按照以下顺序说明本发明的实施方式。

A.比较例

B.第1实施例(2相电机)

C.2相电机结构的变形例

D.2相电机的电路结构的变形例

E.2相电机的应用示例

F.第2实施例(3相电机)

G.第3实施例(4相电机)

H.其他变形例

A.比较例

在说明本发明的实施例之前，首先说明比较例。

图1(A)是表示本发明比较例的电动电机的概要结构的说明图。该电动电机具有：第1线圈组结构10A、第2线圈组结构20B、磁体组结构30M。

第1线圈组结构10A具有支承部件12A、固定在支承部件12A上的A相线圈组14A。该A相线圈组14A以一定间距Pc交替配置在相反方向被励磁的两种线圈14A1、14A2。另外，在本说明书中，把A相线圈组的两种线圈14A1、14A2一并称为“A相线圈组14A”。对于其他线圈组和磁体组也相同。

第2线圈组结构20B具有支承部件22B、固定在支承部件22B上的B相线圈组24B。该B相线圈组24B也以一定间距Pc交替配置在相反方向被励磁的两种线圈24B1、24B2。

磁体组结构30M具有支承部件32M、固定在支承部件32M上的磁体组34M。该磁体组34M的永磁体34M1、34M2分别被配置成使磁化方向朝向与磁体组34M的排列方向(图1(A)的左右方向)垂直的方向。磁体组34M的磁体以一定的磁极间距Pm配置。

另外，A相线圈组14A和B相线圈组24B被配置在电气角相差π/2的位置上。A相线圈组14A和B相线圈组24B仅仅位置不同，其他方面具有实质上相同的结构。因此，以下在关于线圈组的说明中除特别需要的场合外，只说明A相线圈组。

图1(B)表示提供给A相线圈组14A和B相线圈组24B的交流驱动信号的波形的一例。分别向A相线圈组14A和B相线圈组24B提供二相交流信号。A相线圈组14A和B相线圈组24B的驱动信号的相位相互偏移π/2。图1(A)的状态相当于相位零(或2π)的状态。

该比较例的电动电机还具有A相线圈组14A用的位置传感器16A和B相线圈组24B用的位置传感器26B。以下把它们称为“A相传感器”、“B相传感器”。A相传感器16A被配置在A相线圈组14A的两个线圈之间的中央位置上，B相传感器26B被配置在B相线圈组24B的两个线圈之间的中央位置上。作为这些传感器16A、26B，优选采用具有波形与图1(B)所示的交流驱动信号相同的模拟输出的传感器，例如可以采用利用了霍尔效应的霍尔IC。但是，也可以采用具有矩形波状的数字输出的传感器。并且，也可以省略位置传感器而进行无传感器驱动。

图2(A)、图2(B)是表示A相线圈组14A的两种线圈14A1、14A2的接线方法的图。在图2(A)的接线方法中，A相线圈组14A中包含的所有线圈相对于驱动控制部100串联连接。另一方面，在图2(B)的接线方法中，并列地连接多组由一对线圈14A1、14A2构成的串联连接。在其中任一接线方法的情况下，两种线圈14A1、14A2总是被励化为相反极性。另外，也可以采用除此以外的其他接线方法。

图3(A)～图3(D)是表示比较例的电动电机的动作的图。另外，在该比较例中，线圈组14A、24B构成为定子，磁体组34M构成为转子。因此，在图3(A)～图3(D)中，磁体组34M随着时间的推移而移动。

图3(A)表示相位即将达到2π前的定时的状态。另外，在线圈和磁体之间描画的实线箭头表示引力的方向，虚线箭头表示斥力的方向。在该状态下，A相线圈组14A不对磁体组34M提供动作方向(图中的右方向)的驱动力，磁力作用于把磁体组34M吸引向A相线圈组14A的方向。因此，在相位是2π的定时，优选对A相线圈组14A的施加电压为零。另一方面，B相线圈组24B对磁体组34M提供动作方向的驱动力。并且，B相线圈组24B对磁体组34M不仅提供引力也提供斥力，所以B相线圈组24B对磁体组34M的上下方向(与磁体组34M的动作方向垂直的方向)的净余力为零。因此，优选在相位是2π的定时，对B相线圈组24B的施加电压为峰值。

如图3(B)所示，在相位是2π的定时，A相线圈组14A的极性反转。图3(B)表示相位是π/4的状态，A相线圈组14A的极性从图3(A)所示状态反转。在该状态下，A相线圈组14A和B相线圈组24B向磁体组34M的动作方向提供相同的驱动力。图3(C)表示相位即将达到2π前的状态。该状态与图3(A)所示状态相反，只有A相线圈组14A对磁体组34M提供动作方向的驱动力。在相位是π/2的定时，B相线圈组24B的极性反转，成为图3(D)所示的极性。图3(D)表示相位是3π/4的状态。在该状态下，A相线圈组14A和B相线圈组24B向磁体组34M的动作方向提供相同的驱动力。

如根据图3(A)～图3(D)所理解的那样，A相线圈组14A的极性在A相线圈组14A的各个线圈与磁体组34M的各个磁体对置的定时被切换。B相线圈组也相同。结果，几乎总是能从所有线圈产生驱动力，所以能够获得大的扭矩。

另外，相位是π～2π的时段与图3(A)～图3(D)所示大致相同，所以省略详细说明。其中，A相线圈组14A的极性在相位是π的定时再次反转，B相线圈组24B的极性在相位是3π/2的定时再次反转。

如根据以上说明能够理解的那样，比较例的电动电机通过利用线圈组14A、24B和磁体组34M之间的引力和斥力，获得针对磁体组34M的动作方向的驱动力。

可是，在该比较例的电动电机中，发现存在以下几个问题。

第一，在比较例的电动电机中，在与动作方向垂直的方向产生力，有可能因为该力而产生振动或噪声。即，在图3(A)、图3(C)所示状态下，在A相线圈组14A和磁体组34M之间产生的垂直方向的力、与在B相线圈组24B和磁体组34M之间产生的垂直方向的力的合计不是零，净余力作用于朝上或朝下的方向。结果，由于该朝上或朝下的方向的力，有可能产生振动或噪声。

第二，在比较例的结构中，虽然可以省略A相线圈组14A和B相线圈组24B中的一方，但该情况下，存在产生不能起动电动电机的中立位置的问题。例如，在省略了B相线圈组24B时，在图3(A)所示状态下，在A相线圈组14A和磁体组34M之间不产生动作方向(左右方向)的力。因此，在电动电机停止在该位置(中立位置)的情况下不产生有效的驱动力，所以不能起动电动电机。这样，在比较例的结构中，为了总是能够起动电动电机，需要被设于磁体组34M的两侧的两个线圈组14A、24B双方。

以下说明的实施例是为了解决比较例中的这些问题的至少一部分而构成的。

B.第1实施例(2相电机)

B-1.第1实施例的概要结构

图4(A)是表示本发明第1实施例的电动电机的概要结构的说明图。该电动电机具有第1线圈组结构40AB、第2线圈组结构50AB、磁体组结构30M。

第1线圈组结构40AB具有支承部件42、A相子线圈组14A和B相子线圈组24B。另外，在图4(A)中为了图示方便，利用实线描画A相子线圈组的线圈，利用虚线描画B相子线圈组的线圈。

A相子线圈组14A以一定间距交替配置在相反方向被励磁的两种线圈14A1、14A2。B相子线圈组24B也同样以一定间距交替配置在相反方向被励磁的两种线圈24B1、24B2。A相子线圈组14A和B相子线圈组24B以一定的子线圈组间隔Dc交替配置。此处，所说的子线圈组间隔Dc指线圈的中心之间的距离。A相子线圈组14A的两种线圈14A1、14A2彼此的间距是该子线圈组间隔Dc的2倍。B相子线圈组24B的两种线圈24B1、24B2彼此的间距也是该子线圈组间隔Dc的2倍。

第2线圈组结构50AB具有支承部件52、A相子线圈组14A和B相子线圈组24B。第1线圈组结构40AB的A相子线圈组14A和第2线圈组结构50AB的A相子线圈组14A配置在隔着磁体组结构34M面对的位置上。B相子线圈组24B也相同。

磁体组结构30M具有支承部件32M和固定在支承部件32M上的磁体组34M。该磁体组34M的永磁体34M1、34M2分别被配置成使磁化方向朝向与磁体组34M的排列方向(图4(A)中的左右方向)垂直的方向。另外，也可以作成省略支承部件32M，仅由多个磁体34M1、34M2构成的一体结构的磁体组。作为这种磁体组，例如，可以采用使用上表面和下表面分别重复出现凸部和凹部的的凹凸状磁性体，在该凸部形成磁极的一体结构的磁体组。

磁体组34M的磁体以一定的磁极间距Pm配置。在本说明书中，磁极间距Pm指相当于电气角π的距离。另外，电气角的2π与电机的驱动信号的相位变化2π时移动的机械角度或距离对应。如图4(A)所示，在N极和S极交替配置的情况下，磁极间距Pm等于磁体的间距。另一方面，如后面所述，在只配置N极或S极的情况下，磁极间距Pm是磁体的间距的1/2。在图4(A)的示例中，磁极间距Pm和子线圈组间隔Dc具有Dc＝3Pm/2的关系。在电动电机中，一般在线圈的驱动信号的相位变化2π时，移动相当于磁极间距Pm的2倍的距离。因此，在第1实施例的电动电机中，在线圈的驱动信号的相位变化2π时，磁体组结构30M移动2Pm＝4Dc/3。

一般，优选使关系Dc＝Pm(K/M)成立。此处，M为2以上的整数，表示电动电机的相数。后面将叙述M为3和4的实施例。K是除M的整数倍以外的1以上的整数。将K·为M的整数倍的情况除外的理由是该情况下产生电动电机不能起动的中立位置。例如，假定在图4(A)中减小子线圈组间隔Dc使Dc＝Pm，则各个线圈和磁体变得完全相对，不会产生向动作方向(左右方向)的驱动力，所以不能从该位置起动。

另外，优选使整数K和M不具有1以外的公约数。其理由是假定K和M具有1以外的公约数N时，实质上的电动电机的相数成为M/N。例如，在K＝6、M＝4的情况下构成为4相电动电机，但认为这实质上与K＝3、M＝2时的2相电动电机实质相同。

并且，作为电动电机的相数M，优选约为2～5，特别优选为2～3。其理由是如果相数M多，则生成用于驱动M组的子线圈组的驱动信号的电路规模就变大。

图4(B)表示第1实施例中提供给A相线圈组14A和B相线圈组24B的交流驱动信号的波形的一例。A相线圈组14A和B相线圈组24B的驱动信号的相位相互偏移3π/2。该相位差对应于子线圈组间隔Dc＝3Pm/2。一般，子线圈组彼此的相位差是相当于子线圈组间隔Dc的值π(K/M)。

如图4(A)所示，在该电动电机中设有A相传感器16A，并在第2线圈组结构50AB上设有B相传感器26B。在该示例中，A相传感器16A被设在第1线圈组结构40AB上，B相传感器26B被设在第2线圈组结构50AB上，但两个传感器16A、26B也可以设在两个支承部件42、52的任一方上。A相传感器16A被配置成，在A相子线圈组14A的各个线圈位于和磁体34M1、34M2相对的位置的状态下(图4(A))，A相传感器16A来到磁体的N极和S极之间的中央位置。另一方面，B相传感器26B被配置成，在磁体组结构30M移动、B相子线圈组24B的各个线圈来到和磁体34M1、34M2相对的位置的状态下，B相传感器26B来到磁体的N极和S极之间的中央位置。作为这些传感器16A、26B，可以采用具有波形与图4(B)所示的交流驱动信号相同的模拟输出的传感器，也可以采用具有矩形波状的数字输出的传感器。并且，也可以省略位置传感器而进行无传感器驱动。

各个子线圈组14A、24B的线圈的接线方法，可以采用与前述图2(A)、图2(B)所示的接线方法相同的方法。

支承部件32M、42、52优选分别由非磁性材料形成。并且，在本实施例的电动电机的各种部件中，除了包括线圈和传感器的电气布线、磁体、旋转轴、其轴承部以外的部件，优选全部由非磁性且非导电性的材料形成。更具体地讲，作为转子部件和线轴部件(磁芯部件)和壳体部件，可以使用非磁性且非导电性的各种材料。但是，作为转子部件(磁体组的支承部件32M)，考虑到强度，有时也使用铝以及其合金等金属材料。在该情况下，线轴部件和壳体部件优选由实质上为非磁性且非导电性的材料形成。此处，所说“实质上为非磁性且非导电性的材料”意味着允许微小部分为磁性体或导电体。例如，线轴部件是否是由实质上为非磁性且非导电性的材料形成，可以根据电机是否存在接头来判定。并且，壳体部件是否是由实质上为非导电性的材料形成，可以根据因壳体部件形成的铁损(涡流损耗)是否小于等于规定值(例如输入的1％)来判定。

另外，电动电机的结构部件中也存在像旋转轴和轴承部那样，优选利用金属材料形成的部件。此处，所说“结构部件”指用来支承电动电机的形状的部件，指不包括小部件和固定部件等的主要部件。转子部件和壳体部件也是结构部件的一种。在本发明的电动电机中，旋转轴和轴承部以外的主要结构部件优选由非磁性且非导电性的材料形成。

图5(A)～图5(D)表示第1实施例的电动电机的动作。另外，在第1实施例中，线圈组结构40AB、50AB构成为定子，磁体组结构30M构成为转子。因此，在图5(A)～图5(D)中，磁体组结构30M随着时间的推移而移动。

图5(A)表示相位即将达到2π前的定时的状态。另外，在线圈和磁体之间描画的实线箭头表示引力的方向，虚线箭头表示斥力的方向。在该状态下，从A相子线圈组14A对磁体组34M的净余力(力的合计)为零。因此，优选在相位是2π的定时，对A相子线圈组14A的施加电压为零。另一方面，B相子线圈组24B对磁体组34M提供动作方向的驱动力。并且，从B相子线圈组24B对磁体组34M的上下方向(与磁体组34M的动作方向垂直的方向)的净余力为零。因此，优选在相位是2π的定时，对B相子线圈组24B的施加电压为峰值。

如前述图4(B)所示，在相位是2π的定时，A相子线圈组14A的极性反转。图5(B)表示相位是π/4的状态，A相子线圈组14A的极性从图5(A)所示状态反转。在该状态下，A相子线圈组14A和B相子线圈组24B向磁体组34M的动作方向提供相同的驱动力。图5(C)表示相位即将为2π前的状态。该状态与图5(A)所示状态相反，只有A相子线圈组14A对磁体组34M提供动作方向的驱动力。在相位是π/2的定时，B相子线圈组24B的极性反转，成为图5(D)所示的极性。图5(D)表示相位是3π/4的状态。在该状态下，A相子线圈组14A和B相子线圈组24B向磁体组34M的动作方向提供相同的驱动力。

如根据图5(A)～图5(D)所理解的那样，A相子线圈组14A的极性在A相子线圈组14A的各个线圈与磁体组34M的各个磁体面对的定时被切换。B相子线圈组也相同。结果，几乎总是能从所有线圈产生驱动力，所以能够获得大的扭矩。

另外，相位是π～2π的时段与图5(A)～图5(D)所示大致相同，所以省略详细说明。但是，A相子线圈组14A的极性在相位是π的定时再次反转，B相子线圈组24B的极性在相位是3π/2的定时再次反转。

如根据以上说明能够理解的那样，第1实施例的电动电机通过利用子线圈组14A、24B和磁体组34M之间的引力和斥力，获得针对磁体组34M的动作方向的驱动力。

图6(A)表示磁体34M1、34M2和线圈14A1、14A2、24B1、24B2的平面配置的一例。在该示例中，各个线圈的外周宽度与磁体的外周宽度大致一致。但是，也可以使磁体的尺寸小于线圈，反之还可以使磁体的尺寸大于线圈。图6(B)表示磁体和线圈的平面配置的其他示例。在该示例中，线圈的纵宽(图中的上下方向的尺寸)被设定得大于图6(A)的示例。在图6(A)的示例中，具有能够使整体尺寸略微变小的优点。另一方面，在图6(B)的示例中，具有施加给线圈的在移动的方向以外的方向上的无用力变小的优点。即，例如在线圈14A1中，对位于磁体34M1外面的线圈部分14h不施加移动方向的力，而向与移动方向垂直的方向施加力。这可以根据弗来明(Fleming)的左手法则来理解。因此，如图6(B)所示，如果把线圈部分14h配置在偏移磁体34M1的正上方或正下方的位置，则该线圈部分14h的磁通密度变小，能够使这种无用的力变小。

B-2.第1实施例的电路结构

图7是表示第1实施例的驱动电路单元的内部结构的方框图。该驱动电路单元500具有CPU 110、驱动控制部100、再生控制部200、驱动器电路150和整流电路250。两个控制部100、200通过总线102连接CPU110。驱动控制部100和驱动器电路150是进行使电动电机产生驱动力时的控制的电路。并且，再生控制部200和整流电路250是进行由电动电机再生电力时的控制的电路。也把再生控制部200和整流电路250一并称为“再生电路”。并且，也把驱动控制部100称为“驱动信号生成电路”。

图8表示驱动控制部100的结构。该电路100具有：连接到总线102的动作模式信号生成部104；电子可变电阻器106；CPU 110。动作模式信号生成部104生成动作模式信号Smode。动作模式信号Smode包括：表示是正转还是反转的第1位；表示是使用AB相双方的动作模式还是只使用A相的动作模式的第2位。另外，在电机起动时，为了可靠地确定旋转方向，使用A相和B相这两个子线圈组。但是，在电机开始动作后，在要求扭矩较小的运转状态下，即使只使用A相子线圈组和B相子线圈组中的一方也能够充分持续旋转。动作模式信号Smode的第2位在这种情况下是用于指示只驱动A相子线圈组的标志。

电子可变电阻器106的两端电压被提供给4个电压比较器111～114的一方输入端子。电压比较器111～114的另一输入端子被提供A相传感器信号SSA和B相传感器信号SSB。把4个电压比较器111～114的输出信号TPA、BTA、TPB、BTB称为“遮蔽信号”或“许可信号”。关于这些名称的意思将在后面叙述。

遮蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB被输入到多路复用器120。多路复用器120根据动作模式信号Smode切换A相用遮蔽信号TPA、BTA的输出端子，并且切换B相用遮蔽信号TPB、BTB的输出端子，由此可以使电机反转。从多路复用器120输出的遮蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB被提供给两级PWM电路130。

两级PWM电路130具有A相PWM电路132、B相PWM电路134、和4个三态缓冲电路141～144。A相传感器16A(图4(A))的输出信号SSA(以下称为“A相传感器信号”)和动作模式信号Smode被提供给A相PWM电路132。B相传感器26B的输出信号SSB和动作模式信号Smode被提供给B相PWM电路134。这两个PWM电路132、134是根据传感器信号SSA、SSB产生PWM信号PWMA、#PWMA、PWMB、#PMWB的电路。另外，信号#PMWA、#PMWB是使信号PMWA、PMWB反转后的信号。如前面所述，传感器信号SSA、SSB均是正弦波信号，PWM电路132、134根据这些正弦波信号执行众所周知的PWM动作。

由A相PWM电路132生成的信号PWMA、#PWMA分别被提供给两个三态缓冲电路141、142的两个输入端子。从多路复用器120提供的A相遮蔽信号TPA、BTA被提供给这些三态缓冲电路141、142的控制端子。三态缓冲电路141、142的输出信号DRVA1、DRVA2是A相子线圈组用的驱动信号(以下称为“A1驱动信号”和“A2驱动信号”)。对于B相也相同，通过PWM电路134和三态缓冲电路143、144生成B相子线圈组用的驱动信号DRVB1、DRVB2。

图9表示驱动器电路150(图7)中包含的A相驱动器电路120A和B相驱动器电路130B的结构。A相驱动器电路120A是向A相子线圈组14A提供交流驱动信号DRVA1、DRVA2的H型电桥电路。另外，表示驱动信号的方框的端子部分所带的白圆圈表示是负逻辑，使信号反转。并且，带有符号IA1、IA2的箭头分别表示根据A1驱动信号DRVA1和A2驱动信号DRVA2而流过的电流方向。B相驱动器电路130B的结构与A相驱动器电路120A的结构相同。

图10是表示第1实施例的各种信号波形的时序图。A相传感器信号SSA和B相传感器信号SSB是相位偏移3π/2的正弦波。A相PWM电路132生成具有与A相传感器信号SSA的电平成比例的平均电压的信号PWMA(图10中从上面起第7个信号)。第1A相遮蔽信号TPA在该信号TPA为高电平的时段，允许向A相子线圈组14A施加信号PWMA，在低电平的时段禁止该施加。同样，第2A相遮蔽信号BTA在该信号BTA为高电平的时段，允许向A相子线圈组14A施加信号PWMA，在低电平的时段禁止该施加。但是，第1A相遮蔽信号TPA在PWM信号PWMA位于正侧时为高电平，第2A相遮蔽信号BTA在PWM信号PWMA位于负侧时为高电平。结果，A相子线圈组14A被施加图10中下面起第2个所示的驱动信号DRVA1+DRVA2。如根据该说明可以理解的那样，可以认为A相遮蔽信号TPA、BTB是允许向A相子线圈组14A施加PWM信号PWMA的信号，也可以认为是将PWM信号PWMA遮蔽而不提供给A相子线圈组14A的信号。这些对于B相也相同。

另外，图10表示产生大扭矩时的运转状态。此时，遮蔽信号TPA、BTA双方为低电平的时段变小，因此几乎在所有时间都向A相子线圈组14A施加电压。另外，A相传感器信号SSA的波形右端表示此时的磁滞电平。此处，所说的“磁滞电平”指正弦波信号的零电平附近的无效(即未使用)的信号电平的范围。判明在产生大扭矩时，磁滞电平极小。另外，磁滞电平可以通过改变电子可变电阻器106的电阻并改变遮蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB的占空比来变更。

图11表示产生小扭矩时的运转状态。另外，小扭矩意味着高速旋转。此时，遮蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB的占空比被设定得小于图8所示状态，相应地各个线圈的驱动信号(DRVA1+DRVA2)、(DRVB1+DRVB2)的脉冲数也减少。并且，磁滞电平也变大。

另外，如通过比较图10和图11可以理解的那样，在第1A相遮蔽信号TPA为高电平的时段，A相传感器信号SSA具有以表现为极大值的定时(相位为π/2的时间点)为中心的对称形状。同样，在第2A相遮蔽信号BTA为高电平的时段，A相传感器信号SSA具有以表现为极小值的定时(相位为3π/2的时间点)为中心的对称形状。这样，在这些遮蔽信号TPA、BTA为高电平的时段，A相传感器信号SSA具有以表现为峰值的定时为中心的对称形状。换言之，可以认为PWM信号PWMA的遮蔽时段被设定成，在以利用该信号PWMA来模拟的交流驱动信号(图4(B)所示波形)的极性反转的定时(π和2π)为中心的时间范围内信号PWMA被遮蔽。

可是，如在图4(A)中说明的那样，A相子线圈组14A在相位为2π的附近不怎么产生有效的驱动力。在相位是π的附近时也相同。并且，A相子线圈组14A在相位是π/2和3π/2的附近产生最高效的有效驱动力。如上述的图11所示的那样，本实施例的两级PWM电路130在电机的要求输出较小时，相位在π和2π的附近，不向A相子线圈组14A施加电压。此外，如图10、图11所示的那样，以相位是π/2和3π/2的附近为中心，向A相子线圈组14A施加电压。这样，A相遮蔽信号TPA、BTA为了优先使用使A相子线圈组14A产生最高效的驱动力的时段，而将PWM信号PWMA遮蔽，所以能够提高电机的效率。这些情况对于B相子线圈组24B也相同。如图4(B)所示，B相子线圈组24B的极性在相位是π/2和3π/2的定时反转，所以优选在相位是π/2和3π/2的附近时不向B相子线圈组24B施加电压。

图12是表示再生控制部200和整流电路250的内部结构的图。再生控制部200具有连接到总线102的A相充电切换部202、B相充电切换部204、电子可变电阻器206。两个充电切换部202、204的输出信号被提供给两个“与”电路211、212的输入端子。

A相充电切换部202在回收来自A相子线圈组14A的再生电力时输出“1”电平的信号，在不回收时输出“0”电平的信号。B相充电切换部204也相同。另外，这些信号电平的切换通过CPU 110进行。并且，可以独立设定有无来自A相子线圈组14A的再生、和有无来自B相子线圈组24B的再生。因此，例如可以使用A相子线圈组14A使致动器产生驱动力，并且从B相子线圈组24B再生电力。

另外，驱动控制部100也同样可以构成为独立地设定是否使用A相子线圈组14A产生驱动力，和是否使用B相子线圈组24B产生驱动力。例如，可以使动作模式信号生成部104构成为，从图8的动作模式信号生成部104可输出表示有无驱动A相子线圈组14A的信号，和表示有无驱动B相子线圈组24B的信号。这样，能够在由两个子线圈组14A、24B中的任意一方产生驱动力，并且由另一方再生电力的运转模式下使电动电机运转。

电子可变电阻器206的两端电压被提供给4个电压比较器221～224的两个输入端子中的一方。电压比较器221～224的另一方的输入端子被提供A相传感器信号SSA和B相传感器信号SSB。4个电压比较器221～224的输出信号TPA、BTA、TPB、BTB可以称为“遮蔽信号”或“许可信号”。

A相线圈用遮蔽信号TPA、BTA被输入到“或”电路231，B相用遮蔽信号TPB、BTB被输入到另一“或”电路232。这些“或”电路231、232的输出被提供给上述的两个“与”电路211、212的输入端子。这些“与”电路211、212的输出信号MSKA、MSKB也称为“遮蔽信号”或“许可信号”。

另外，电子可变电阻器206和4个电压比较器221～224的结构，与图8所示的驱动控制部100的电子可变电阻器106和4个电压比较器111～114的结构相同。因此，A相线圈用的“或”电路231的输出信号相当于获取图10所示的遮蔽信号TPA、BTA的逻辑和。并且，在A相充电切换部202的输出信号为“1”电平时，从A相线圈用的“与”电路211输出的遮蔽信号MSKA与“或”电路231的输出信号相同。这些动作对B相也相同。

整流电路250作为A相线圈用的电路，具有：包括多个二极管的全波整流电路252；2个栅极晶体管261、262；缓冲电路271；倒相电路272(“非”电路)。另外，B相用的电路也设置相同电路。栅极晶体管261、262连接到再生用的电源布线280。

电力再生时由A相子线圈组14A产生的交流电力，在全波整流电路252被整流。A相线圈用的遮蔽信号MSKA及其反转信号被提供给栅极晶体管261、262的栅极，相应地控制栅极晶体管261、262的导通/截止。因此，在从电压比较器221、222输出的遮蔽信号TPA、BTA的至少一方为高电平的时段，再生电力被输出给电源布线280，另一方面，在遮蔽信号TPA、BTA双方均为低电平的时段，禁止电力的再生。

如根据以上说明可以理解的那样，使用再生控制部200和整流电路250可以回收再生电力。并且，再生控制部200和整流电路250根据A相线圈用的遮蔽信号MSKA及B相线圈用的遮蔽信号MSKB，限制回收来自A相子线圈组14A和B相子线圈组24B的再生电力的时段，由此可以调整再生电力的量。但是，也可以省略再生控制部200和整流电路250。

如上所述，在第1实施例的电动电机中，完全不设置磁性体制成的磁芯，所以不会产生接头，能够实现平滑稳定的动作。并且，由于没有设置构成磁路用的轭铁(yoke)，所以所谓的铁损(涡流损耗)极少，可以实现效率良好的电机。另外，在第1实施例中，在隔着磁体组34M的两侧配置两个线圈组40AB、50AB，所以能够把磁体组34M两侧的磁通用于产生驱动力。因此，与现有的电动电机那样只把磁体组的一侧用于产生驱动力的情况相比，磁通的利用效率提高，能够实现效率良好的大扭矩的电动电机。

并且，在第1实施例中，在两个线圈组40AB、50AB中分别设置相同的子线圈组14A、24B，把子线圈组14A、24B彼此的子线圈组间隔Dc设定为磁极间距Pm的3/2倍，所以不存在不产生有效的驱动力的中立位置，能够总是在所期望的动作方向(正方向或逆方向)起动电动电机。

C.2相电机结构的变形例

图13(A)～13(D)表示2相电机的第1变形例的动作。如图13(A)所示，在第1线圈组结构40AB中按顺序重复配置线圈14A1、24B1、14A2、24B2，这一点与图4(A)所示的第1实施例相同。但是，在第1变形例中，子线圈组间隔Dc为磁极间距Pm(＝π)的1/2，是第1实施例的子线圈组间隔的1/3的值。在子线圈组间隔Dc和磁极间距Pm的关系式Dc＝Pm(K/M)中，第1变形例相当于K＝1、M＝2的情况。第2线圈组结构50AB也具有和第1线圈组结构40AB相同的结构。

图13(A)～13(D)所示的动作基本上与图5(A)～5(D)所示的动作相同，所以省略详细说明。该第1变形例的2相电机也能够实现与第1实施例相同的效果。

图14(A)表示2相电机的第2变形例。第2变形例省略了第1实施例(图4(A))的结构中的磁体34M2，其他和第1实施例相同。即，第2变形例的磁体组结构34M仅由具有同一方向的极性的多个磁体34M1构成。在该情况下，磁体34M1彼此的间距相当于电气角2π，所以磁极间距Pm是磁体彼此的间距的1/2。如根据该示例可以理解的那样，磁极间距Pm不是磁体的间距，而是相当于N极和S极的间距的值。该第2变形例的动作和第1实施例的动作基本相同。

图14(B)表示2相电机的第3变形例。在第1线圈组结构40AB中仅设置1个A相线圈14A1和1个B相线圈24B1。第2线圈组结构50AB也相同。在该第3变形例中，构成了使磁体组结构30M发挥定子的作用，使2个线圈组结构40AB、50AB发挥滑动器的作用的线性电机。子线圈组间隔Dc是磁极间距Pm(＝π)的3/2，和第1实施例相同。该第3变形例的线性电机可以实现与第1实施例相同的效果。

图14(C)表示2相电机的第4变形例。第4变形例把第3变形例的子线圈组间隔Dc变更为磁极间距Pm(＝π)的7/2，其他和第3变形例相同。

如根据第3、第4变形例可以理解的那样，A相线圈组和B相线圈组可以构成为分别包括1个以上的线圈。并且，磁体组可以构成为包括1个以上的磁体。但是，在旋转式电机中，优选A相子线圈组和B相子线圈组分别包括多个线圈，并且磁体组包括多个磁体。并且，在旋转式电机中，优选将第1线圈组40AB的多个线圈以一定间距沿着旋转方向配置成相等间隔。第2线圈组50AB也相同。并且，优选将磁体组34M的多个磁体也以一定间距沿着旋转方向配置成相等间隔。

图15(A)表示2相电机的第5变形例。该第5变形例省略了第1实施例的第2线圈组结构50AB，其他结构和第1实施例相同。第5变形例具有在磁体组结构30M的一侧设置一个线圈组结构40AB的单面配置结构。这一点与第1实施例和上述的各种变形例采用两面配置结构(在磁体组的两侧分别设置线圈组的结构)大不相同。并且，如图15(A)所示，在单面配置结构中，在磁体组结构30M的背面侧(线圈组的相反侧)可以设置由磁性体构成的轭铁部件36。通过设置这种轭铁部件36，可以提高磁体组结构30M的面对线圈组结构40AB侧的磁通密度。另外，在两面配置结构中不需要这种轭铁部件。

图15(B)表示2相电机的第6变形例。该第6变形例把第5变形例的子线圈组间隔Dc变更为磁极间距Pm(＝π)的9/2，其他和第5变形例相同。

如根据这些多个变形例可以理解的那样，作为关系式Dc＝Pm(K/M)中的K的值，可以采用相数M的整数倍以外的各种值。如前面所述，将K是M的整数倍时的情况除外的理由是，该情况下产生电动电机不能起动的中立位置。

D.2相电机的电路结构的变形例

图16是表示驱动控制部100(图8)的第1变形例的方框图。该驱动控制部100a具有动作模式信号生成部104a、驱动信号生成部160、2个“异或”电路161、162。动作模式信号生成部104a根据用户的指示，输出驱动信号切换信号S1和旋转方向信号S2。驱动切换信号S1是用于切换直接驱动模式(在后面叙述)和PWM驱动模式的信号。旋转方向信号S2是切换正转和反转的信号。旋转方向信号S2与A相传感器信号SSA一起被输入到第1“异或”电路161，并且与B相传感器信号SSB一起被输入到第2“异或”电路162。另外，此处A相传感器和B相传感器具有数字输出。驱动信号生成部160利用“异或”电路161、162的输出，生成A相驱动信号DRVA1、DRVA2和B相驱动信号DRVB1、DRVB2。

图17表示驱动信号生成部160在直接驱动模式下动作时的信号波形。A相驱动信号DRVA1、DRVA2相当于将A相传感器信号SSA放大的信号，B相驱动信号DRVB1、DRVB2相当于将B相传感器信号SSB放大的信号。如根据该示例可以理解的那样，在直接驱动模式下，直接利用传感器信号的波形生成驱动信号。

PWM驱动模式是生成和前述图10及图11相同的驱动信号的模式。用于执行PWM驱动模式的电路结构与图8所示结构大致相同，所以省略详细说明。

图18是表示驱动控制部的第2变形例的方框图。该驱动控制部100b具有动作模式信号生成部104b、电子可变电阻器106、4个电压比较器111～114和多路复用器120。动作模式信号生成部104b根据用户的指示输出旋转方向信号S2。电子可变电阻器106、4个电压比较器111～114和多路复用器120与图8所示的这些电路相同，由这些电路构成驱动信号生成部。

图19是表示图18所示的驱动控制部100b的信号波形的时序图。该驱动控制部100b的动作在不使用模拟了正弦波的PWM信号这一点上和图10及图11所示的动作不同，其他和图10及图11所示动作大致相同。并且，在图19中，驱动信号DRVA1、DRVA2、DRVB1、DRVB2的占空比可以根据磁滞电平而变更。

图20是表示图9所示的驱动器电路150的变形例的方框图。该驱动器电路150a通过使A相和B相共用图9的2个H型电桥电路120A、130B右侧的两个晶体管，可以简化电路结构。所共用的两个晶体管155、156在图20中被描绘于图的下侧。在这两个晶体管155、156的栅极分别被输入“或非”电路151和“或”电路152的输出。驱动信号DRVA2、DRVB2被提供给“或非”电路151的输入端子。驱动信号DRVA1、DRVB1被提供给“或”电路152的输入端子。该电路结构可以理解为相当于将图9所示的两个电桥电路120A、130B合并。另外，在两个晶体管155、156中分别设置有防止过电流电路153、154，但也可以省略。

如图16～图20所示，作为电路结构可以采用各种结构。并且，也可以采用除此以外的电路结构。

E.2相电机的应用例

图21(A)、图21(B)是表示作为本发明实施例的2相电机的机械结构的一例的剖视图。该2相电机具有在大致圆筒状的双重结构的定子40AB、50AB(线圈组结构)之间插入了大致圆筒状的转子30M(磁体组结构)的嵌入转子结构。即，两个线圈组结构40AB、50AB构成两个圆筒部件，而该两个圆筒部件构成中空的双重圆筒结构，磁体组结构30M构成为插入到线圈组结构40AB、50AB之间的其他圆筒部件。这样，以下把使三个中空圆筒部件同轴地重叠的结构称为“中空多重圆筒结构”。

图22(A)、22(B)分开表示转子和定子。图22(A)所示的定子具有两个线圈组结构40AB、50AB。位于外侧的线圈组结构40AB的支承部件42构成中空圆筒状壳体。在该壳体42的圆筒面的外侧设有磁屏蔽部件43。该磁屏蔽部件43用于使磁不泄漏到电机外部，由极薄的强磁性材料(例如坡莫合金)形成。但是，磁屏蔽部件43不具有作为构成磁路的轭铁的作用。另外，电机中使用的部件是否具有作为轭铁的作用，可以根据有磁屏蔽部件的情况和无磁屏蔽部件的情况下的线圈的表面磁通密度来判定。例如，在设置有磁屏蔽部件43时，在线圈的表面磁通密度增加10％以上时判定为具有作为轭铁的作用，在小于10％时判定为不具有作为轭铁的作用。另外，该判定基准也可以不设为10％，而设为5％。

在定子内部的基板220上设有驱动电路单元500(图7)。通过电气布线210从外部向驱动电路单元500提供电源和控制信号。

转子30M具有磁体组34M，并且在中心设有轴37。如图22(A)所示，在定子的左侧底面设有轴承部38。并且，如图22(B)所示，在插入转子30M后密封壳体用的盖体39上也设有轴承部36。

另外，在图21(B)的示例中，第1线圈组结构40AB和第2线圈组结构50AB分别具有4个线圈，磁体组34M具有6个磁体。但是，线圈和磁体的数量也可以设定为其他值。该2相电机具有中空多重圆筒结构，所以具有转子的振动较小的优点。

图23(A)、23(B)是表示2相电机的机械结构的其他示例的剖视图。该2相电机省略了图21(A)、21(B)所示结构中的第2线圈组结构50AB，具有在大致圆筒状的定子40AB(第1线圈组结构)的内侧插入了大致圆筒状的转子30M(磁体组结构)的内转子结构。线圈和磁体的配置相当于图15(A)、15(B)所示的单面配置。但是，在使用内转子结构实现单面配置的情况下，图15(A)、15(B)所示的轭铁部件36可以省略。

图24(A)、24(B)是表示2相电机的机械结构的另一其他示例的剖视图。该2相电机具有在圆盘状的双重结构的定子40AB、50AB(线圈组结构)之间插入了圆盘状的转子30M(磁体组结构)的扁平转子结构。如果采用这种扁平转子结构，可以使电机的厚度变薄。

图25(A)、25(B)是表示2相电机的机械结构的另一其他示例的剖视图。该2相电机省略了图24(A)、24(B)所示结构中的第2线圈组结构50AB，具有圆盘状的转子30M(磁体组结构)与圆盘状的定子40AB(第1线圈组结构)面对的扁平转子结构。在转子30M的背面侧(图中的右侧面)配置有轭铁部件36。线圈和磁体的配置相当于图15(A)、15(B)所示的单面配置。

如上所述，本发明的电动机可以采用各种机械结构。

F.第2实施例(3相电机)

图26(A)～26(C)是表示本发明的第2实施例的电动电机的概要结构的说明图。该第2实施例的电机是具有A相、B相和C相的三个子线圈组的3相电机。磁体组结构30M具有和图4(A)所示的第1实施例的磁体组结构相同的结构。在磁体组结构30M的两侧设有第1线圈组40ABC和第2线圈组50ABC。第1线圈组结构40ABC重复配置A相子线圈组的线圈91A1、B相子线圈组的线圈92B1和C相子线圈组的线圈93C1而形成。另外，在图26(A)～26(C)中为了图示方便，利用实线描画A相子线圈组的线圈，利用点线描画B相子线圈组的线圈，利用虚线描画C相子线圈组的线圈。第2线圈组结构50ABC也具有和第1线圈组结构40ABC相同的结构。并且，第1和第2线圈组结构40ABC、50ABC的同相的线圈被配置在相互面对的位置上。A相、B相、C相各相的子线圈组间隔Dc是磁极间距Pm的2/3倍，相当于电气角2π/3。即，在子线圈组间隔Dc和磁极间距Pm的关系式Dc＝Pm(K/M)中，第2实施例相当于K＝2、M＝3时的情况。

另外，A相子线圈组仅由一种线圈91A1构成。B相和C相也相同。这一点与第1实施例(图4(A))中A相子线圈组由在相反的方向上被励磁的两种线圈14A1、14A2构成的方式不同。其理由是在第2实施例中，将子线圈组间隔Dc(＝2Pm/3＝2π/3)乘以相数M(＝3)所得的值Dc×M成为电气角2π。Dc×M的值相当于同相的相邻线圈彼此的距离。因此，在该距离Dc×M等于2π时，同相的相邻线圈总是被励磁为相同极性。另外，一般在整数K的值为偶数时，各相的子线圈组内的所有线圈总是被励磁为相同极性。另一方面，在整数K的值为奇数时，各相的子线圈组内的相邻线圈总是被励磁为相反极性。

图26(A)表示相位即将达到2π前的状态。在相位是2π的定时，A相子线圈组91A1的极性反转。图26(B)表示相位即将达到π/3前的状态。在相位是π/3的定时，C相子线圈组93C1的极性反转。图26(C)表示相位即将达到2π/3前的状态。在相位是2π/3的定时，B相子线圈组92B1的极性反转。

在该第2实施例的3相电机中，A相子线圈组91A1的极性(磁化方向)在A相子线圈组91A1的各个线圈与磁体组30M的各个磁体面对的定时被切换。B相子线圈组和C相子线圈组也相同。结果，总是能够从所有线圈产生驱动力，所以能够产生大的扭矩。

另外，第2实施例的3相电机也与第1实施例相同，不具有磁性体的磁芯，也不具有构成磁路的轭铁。并且，优选除旋转轴和轴承部以外的结构部件全部由非磁性且非导电性的材料形成。

图27是表示第2实施例的驱动控制部的结构的方框图。该驱动控制部100c在图8所示的2相电机用的电路中追加了C相用的电路部分(例如电压比较器115、116)，并且追加了正弦波产生电路108。

正弦波产生电路108根据3相传感器信号SSA、SSB、SSC，产生相位依次偏移2π/3的3个正弦波信号SA、SB、SC。3个正弦波信号SA、SB、SC被输入到电压比较器111～116，并且也被提供给两级PWM电路130a。另外，多路复用器120a和两级PWM电路130a把图8所示的这些电路变更为三相用。从两级PWM电路130a输出三相的驱动信号对(DRVA1、DRVA2)、(DRVB1、DRVB2)、(DRVC1、DRVC2)。另外，各个驱动信号的波形与图10及图11所示的波形大致相同，只有各相的相位差为2π/3这一点不同。

图28是表示第2实施例的驱动器电路的结构的方框图。该驱动器电路150c是用于驱动子线圈组91A、92B、93C的3相电桥电路。

图29是表示第2实施例的传感器信号和各相的线圈的励磁方向的时序图。A、B、C相的传感器信号SSA、SSB、SSC是在每个电气角π的长度时段切换高电平和低电平的数字信号。并且，各相的相位依次偏移2π/3。在图29的下部表示A、B、C相的各子线圈组的励磁方向。各子线圈组的励磁方向通过3个传感器信号SSA、SSB、SSC的逻辑运算来确定。

图30(A)～30(F)表示图29的6个时段P1～P6中的电流方向。在本实施例中，A、B、C相的子线圈组为星型接线，但也可以是三角型接线。在P1时段，电流从B相子线圈组流向A相和C相的子线圈组。在P2时段，电流从B相和C相的子线圈组流向A相子线圈组。这样，如果驱动各个子线圈组使电流总是流过A、B、C相的各子线圈组，则可以产生大的扭矩。

在第2实施例的3相电机中，在磁体组结构30M的两侧设置两个线圈组结构40ABC、50ABC，利用磁体组结构30M两侧的磁通产生驱动力，所以能够获得大的驱动力。并且，第2实施例的3相电机采用完全不设置磁性体的磁芯和轭铁的结构，所以能够实现轻量化，并且获得大的扭矩。另外，可以维持已稳定至极低转速的旋转而没有接头。但是，也可以省略两个线圈组结构40ABC、50ABC中的一方，而采用单面结构。该情况下，可以在磁体组结构30M中设置轭铁部件36(图15(A)、15(B))。

另外，作为3相电机的机械结构，可以采用上述的嵌入转子结构、内转子结构、扁平转子结构、线性电机结构等各种结构。并且，也可以把与上述第1实施例的各种变形例相同的变形应用于第2实施例的3相电机。

G.第3实施例(4相电机)

图31(A)～31(D)是表示本发明第3实施例的电动电机的概要结构和动作的说明图。该第3实施例的电机是具有A相、B相、C相和D相的四个子线圈组的4相电机。磁体组结构30M具有和图4(A)所示的第1实施例的磁体组结构相同的结构。在磁体组结构30M的两侧设有第1线圈组结构40ABCD和第2线圈组结构50ABCD。第1线圈组结构40ABCD按规定的顺序配置A相子线圈组的线圈91A1、91A2、B相子线圈组的线圈92B1、92B2、C相子线圈组的线圈93C1、93C2和D相子线圈组的线圈94D1、94D2而形成。另外，在图31(A)～31(D)中为了图示方便，利用实线描画A相子线圈组的线圈，利用点线描画B相子线圈组的线圈，利用虚线描画C相子线圈组的线圈，利用点划线描画D相子线圈组的线圈。第2线圈组结构50ABCD也具有与第1线圈组结构40ABCD相同的结构。并且，第1和第2线圈组结构40ABCD、50ABCD的同相的线圈被配置在相互面对的位置上。A相、B相、C相、D相各相的子线圈组间隔Dc是磁极间距Pm的3/4倍，相当于电气角3π/4。即，在子线圈组间隔Dc和磁极间距Pm的关系式Dc＝Pm(K/M)中，第3实施例相当于K＝3、M＝4时的情况。

另外，A相子线圈组由在相互相反的方向上被励磁的两种线圈91A1、91A2构成。其他相也相同。其理由是如在第2实施例中说明的那样，在子线圈组间隔Dc和磁极间距Pm的关系式Dc＝Pm(K/M)中，整数K为奇数。

图31(A)表示相位即将达到2π前的状态。在相位是2π的定时，D相子线圈组94D的极性反转。图31(B)表示相位即将为π/4前的状态。在相位是π/4的定时，C相子线圈组93C的极性反转。图31(C)表示相位即将为π/2前的状态。在相位是π/2的定时，B相子线圈组92B的极性反转。图31(D)表示相位即将为3π/4前的状态。在相位是3π/4的定时，A相子线圈组91A的极性反转。

在该第3实施例的4相电机中，A相子线圈组91A的极性(磁化方向)在A相子线圈组91A的各个线圈与磁体组30M的各个磁体面对的定时被切换。其他相的子线圈组也相同。结果，总是能够从所有线圈产生驱动力，所以能够产生大的扭矩。

另外，第3实施例的4相电机也与第1实施例相同，不具有磁性体的磁芯，也不具有构成磁路的轭铁。并且，优选除旋转轴和轴承部以外的结构部件全部由非磁性且非导电性的材料形成。

图32是表示第3实施例的传感器信号和各相的线圈的励磁方向的时序图。另外，第3实施例的驱动电路单元的结构能够容易地从上述第1实施例(图7、图8)和第2实施例(图27)类推而构成，所以省略说明。在图32中，各相的相位依次偏移3π/4。在图32的下部表示各相的子线圈组的励磁方向。各子线圈组的励磁方向通过4个传感器信号SSA、SSB、SSC、SSD的逻辑运算来确定。

在第3实施例的4相电机中，在磁体组结构30M的两侧设置两个线圈组结构40ABCD、50ABCD，利用磁体组结构30M两侧的磁通产生驱动力，所以能够获得大的驱动力。并且，第3实施例的4相电机也采用完全不设置磁性体的磁芯和轭铁的结构，所以能够实现轻量化，并且获得大的扭矩。另外，可以维持已稳定至极低转速的旋转而不存在接头。但是，也可以省略两个线圈组结构40ABCD、50ABCD中的一方，而采用单面结构。该情况下，可以在磁体组结构30M中设置轭铁部件36(图15(A)、15(B))。

另外，作为4相电机的机械结构，可以采用上述的嵌入转子结构、内转子结构、扁平转子结构、线性电机结构等各种结构。并且，也可以把与上述第1实施例的各种变形例相同的变形应用于第3实施例的4相电机。

如根据以上各种实施例可以理解的那样，本发明可以构成为具有M组的子线圈组的M相电机。此时，各子线圈组分别由1个以上的线圈构成。并且，磁体组也可以由1个以上的磁体构成。但是，在磁体组仅由1个磁体构成时，各子线圈组由多个线圈构成。另一方面，在各子线圈组仅由1个线圈构成时，磁体组由多个磁体构成。

并且，驱动信号生成电路和再生电路也可以采用能够使电动机以下述运转模式运转的电路结构，在该运转模式下从M组的子线圈组中的至少一个子线圈组产生驱动力，从其他至少1个子线圈组再生电力。

H.其他变形例

(1)图33(A)是表示线圈形状和磁体形状的变形例的说明图，表示电机的右半部分的纵剖视图。转子30M以旋转轴37为中心旋转。在转子30M的外周上设有磁体34M，在其上下分别配置有A相的线圈14A1。另外，在该图中省略其他相的线圈的图示。磁体34M在其外周部的中央具有凹部，在上下方向上被磁化。线圈14A1是普通的平面环状线圈。

图33(B)表示使用沿着磁体34M的外形弯曲成L字型的环状线圈14A1a来代替平面环状线圈14A1的结构。如果使用这种弯曲环状线圈14A1a，则可以有效利用位于磁体34M的上下的凸部附近的磁通。因此，可以提高电动机的效率。

(2)在上述实施例和变形例中，主要说明了旋转式电机，但本发明可以适用于旋转式电机以外的各种电动机。并且，本发明不限于致动器，也可以适用于发电机。

(3)在上述实施例和变形例中，主要是多个线圈组构成定子，磁体组构成转子，但也可以采用相反的结构。一般，本发明可以适用于多个线圈组和磁体组的相对位置可以变化的致动器和发电机。

(4)在上述实施例和变形例中使用的电路结构仅是一例，可以采用除此以外的各种电路结构。

本发明可以适用于旋转式电机和线性电机等各种电动机和发电机。

Claims

1.一种电动机，具有：

第1线圈组，其包括沿着规定方向而配置的多个线圈；和

磁体组，其与所述第1线圈组面对，并且可沿着所述规定方向相对于所述第1线圈组相对移动，

所述第1线圈组被分类为分别由n个线圈构成的M相的子线圈组，其中n为1或更大的整数，M为2或更大的整数，从第1相子线圈组到第M相子线圈组的各个子线圈组的线圈沿着所述规定方向以规定的子线圈组间隔Dc按顺序逐个地排列，

在针对所述磁体组把沿着所述规定方向相当于电气角π的距离定义为磁极间距Pm时，所述子线圈组间隔Dc被设定为所述磁极间距Pm的K/M倍的值，其中K为除了M的整数倍以外的正整数，

相邻的子线圈组以(K/M)π的相位差被驱动，

所述电动机还具有驱动信号生成电路，其提供用于提供给所述M相的子线圈组的M个交流驱动信号，

所述驱动信号生成电路生成所述M个交流驱动信号，以使得在所述磁体组内的磁体的中心和属于各个子线圈组的各个线圈的中心相对的定时，各个线圈的极性被切换，并且在属于同一相的子线圈组的相邻线圈之间的中央位置与所述磁体组内的磁体的中心相对的定时，该子线圈组的磁通密度最大，

所述驱动信号生成电路具有：

PWM电路，其分别生成相位相互偏移了(K/M)π的M个PWM信号；和

遮蔽电路，其根据所述电动机的输出要求来遮蔽所述M个PWM信号，从而生成所述M个交流驱动信号。

2.根据权利要求1所述的电动机，当从所述第1线圈组侧观看所述磁体组时，N极和S极沿着所述规定方向交替配置，所述N极和S极的间距等于所述磁极间距Pm。

3.根据权利要求1所述的电动机，当从所述第1线圈组侧观看所述磁体组时，作为N极和S极中的规定一方的同极沿着所述规定方向重复配置，所述同极之间的间距等于所述磁极间距Pm的2倍。

4.根据权利要求1所述的电动机，还具有容纳所述第1线圈组和所述磁体组的壳体，各个线圈被缠绕在由非磁性且非导电性材料形成的磁芯上，所述壳体由非磁性且非导电性的材料形成，各个线圈不具有磁性体制成的磁芯。

5.根据权利要求1所述的电动机，除旋转轴和轴承部以外的结构部件，由非磁性且非导电性的材料形成。

6.根据权利要求1所述的电动机，所述整数K是偶数，各个子线圈组的线圈数n为2或更大，属于同一相的子线圈组的所有线圈相互连接成总是被励磁为相同极性。

7.根据权利要求1所述的电动机，还具有第2线圈组，其被设在隔着所述磁体组与所述第1线圈组相反的一侧，并且相对于所述第1线圈组的位置是固定的，

所述第2线圈组具有与所述第1线圈组相同的线圈配置，

所述第1线圈组的第m相的子线圈组和所述第2线圈组的第m相的子线圈组配置在隔着所述磁体组相对的位置上，并且总是被励磁为相同极性，其中m为1～M的整数。

8.根据权利要求1所述的电动机，所述驱动信号生成电路可以通过使各个子线圈组的电流方向逆转，而使所述第1线圈组和所述磁体组的动作方向逆转。

9.根据权利要求1所述的电动机，所述遮蔽电路在以各个交流驱动信号的极性反转的定时为中心的对称的时间范围内遮蔽各个PWM信号。

10.根据权利要求1、8、9中任一项所述的电动机，还具有从所述线圈组再生电力的再生电路，

所述驱动信号生成电路和所述再生电路能够使所述电动机在这样的运转模式下运转，即，在该运转模式下从所述M相的子线圈组中的至少1相的子线圈组产生驱动力，从其他至少1相的子线圈组再生电力。