CN100521463C - 电动机器 - Google Patents

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Abstract

本发明的二相电动机器具有第1和第2线圈列以及磁铁列。磁铁列与第1和第2线圈列相向地交替配置N极和S极。第1和第2线圈列配置在电角相互偏移π/2的奇数倍的位置处。第1和第2线圈列的各线圈实质上不具有磁性体制的铁芯，并且，电动机器实质上不具有用于形成磁回路的磁性体制的磁轭。

Description

电动机器
技术领域
本发明涉及电动机或发电机等的电动机器(Electric Machine)。
背景技术
电动机分为同步电动机和感应电动机两种。另外，电动机的类型按照转子的不同，可以分为：使用永久磁铁的永磁型、缠绕线圈的绕线型、使用了铁等的强磁性体的电抗型。永磁型是转子的永久磁铁被定子的旋转磁场吸引而旋转。
作为永磁型的同步电动机，具有例如特开平8—51745号公报中记载的小型同步电动机。该小型同步电动机具有缠绕了励磁线圈的定子铁芯和含有磁铁的转子。
但是，现有的电动机存在如下问题：与产生的转矩相比电动机重量大，要提高产生的转矩就会变得大型化。
发明内容
本发明的目的是提供一种与以往不同的结构的电动机器。
本发明的第1电动机器具有：第1线圈列，其包含沿预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈；第2线圈列，其包含沿所述预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈，并且与所述第1线圈列的相对位置关系是固定的；以及磁铁列，其包含至少一个磁铁，与所述第1和第2线圈列相向地交替配置N极和S极，并且可以沿所述预定方向改变与所述第1和第2线圈列的相对位置关系。所述第1和第2线圈列配置在电角相互偏移π/2的奇数倍的位置处。所述第1和第2线圈列的各线圈实质上不具有磁性体制的铁芯，所述电动机器实质上不具有用于形成磁回路的磁性体制的磁轭。还具备驱动信号生成电路，其用于提供向所述第1线圈列提供的第1交流驱动信号和向所述第2线圈列提供的第2交流驱动信号。所述驱动信号生成电路生成所述第1和第2交流驱动信号，使得在所述磁铁列内的磁铁的中心和各线圈的中心相向的时刻，切换所述第1和第2线圈列的各线圈的极性，并且在属于同一线圈列的相邻线圈之间的中央位置与所述磁铁列内的磁铁的中心相向的时刻，该线圈列中的磁通密度最大。所述驱动信号生成电路具有：第1和第2PWM电路，其分别生成相位相互偏移π/2的第1和第2PWM信号；掩蔽电路，其根据所述电动机器的输出请求掩蔽所述第1和第2PWM信号，来生成所述第1和第2交流驱动信号。所述掩蔽电路在以各交流驱动信号的极性反转的时刻为中心对称的时间范围内，掩蔽各PWM信号。
该电动机器由于实质上不具有磁性体制的铁芯或磁性体制的磁轭，所以重量轻，此外在作为致动器使用时转矩和重量的平衡良好。另外，由于不具有磁性体制的铁芯，所以可以不产生抖动(cogging)而稳定顺畅地旋转。并且，由于实质上不具有磁性体制的磁轭，所以能够实现几乎没有铁损(涡电流损失)的、高效率的电动机器。根据该结构，可以与驱动信号同步地驱动电动机器。通过由掩蔽电路掩蔽PWM信号，可以调节电动机器的输出。
所述电动机器还具备壳体，其收纳所述第1和第2线圈列以及所述磁铁列，所述第1和第2线圈列的各线圈缠绕在支持部件的周围，所述支持部件由实质上非磁性且非导电性的材料构成，所述壳体由实质上非磁性且非导电性的材料构成。
根据该结构可以实现几乎没有铁损或抖动的电动机器。
所述电动机器可以是：旋转轴和轴承部件以外的结构部件由实质上非磁性且非导电性的材料构成。
根据该结构可以进一步减轻重量，并且可以进一步降低铁损。
此外，相互连接各线圈列的所述多个线圈，使得属于同一个线圈列的相邻线圈始终被励磁成相反的极性。
另外，优选的是所述第1和第2线圈列配置在夹着所述磁铁列的两侧。
根据该结构，由于可以有效地利用磁铁列两侧的磁通，所以能够产生较大的转矩。
所述电动机器是所述第1和第2线圈列以及所述磁铁列沿所述预定方向相对旋转的旋转式电动机或者旋转式发电机，所述第1线圈列的线圈数量、所述第2线圈列的线圈数量和所述磁铁列的磁铁数量相等。
根据该结构，可以实现高效率大转矩的电动机。
优选的是，所述驱动信号生成电路可以通过反转所述第1和第2线圈列的电流方向，使所述第1和第2线圈列以及所述磁铁列的动作方向反转。
一般地具有如下倾向：在各交流驱动信号的极性反转的时刻附近，线圈几乎不产生有效驱动力，在交流驱动信号的峰值附近产生有效驱动力。因此根据上述结构，由于在线圈几乎不产生有效驱动力的期间里掩蔽PWM信号，所以能够提高电动机器的效率。
另外，所述电动机器还具有再生电路，其用于从所述第1和第2线圈列再生电力，所述驱动信号生成电路和所述再生电路能够以从所述第1和第2线圈列中的一个产生驱动力同时从另一个再生电力的运转模式来运转所述电动机器。
通过该结构，可以根据需要同时进行驱动力的产生和电力的再生，同时使电动机器工作。
另外，所述第1和第2线圈列配置在第1和第2圆筒部件上，该第1和第2圆筒部件构成中空的二重圆筒结构，所述磁铁列配置在第3圆筒部件上，所述第3圆筒部件插入在所述第1和第2圆筒部件之间。
根据该结构，可以得到转子(第1和第2线圈列或者磁铁列)在旋转时难以振动的电动机器。
本发明的第2电动机器具有：第1线圈列，其包含沿预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈；第2线圈列，其包含沿所述预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈，并且与所述第1线圈列的相对位置关系是固定的；第3线圈列，其包含沿所述预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈，并且与所述第1和第2线圈列的相对位置关系是固定的；以及磁铁列，其包含至少一个磁铁，与所述第1、第2和第3线圈列相向地交替配置N极和S极，并且可以沿所述预定方向改变与所述第1、第2和第3线圈列的相对位置关系，所述第1、第2和第3线圈列配置在电角顺次相互偏移2π/3的位置处，所述第1、第2和第3线圈列的各线圈实质上不具有磁性体制的铁芯，所述电动机器实质上不具有用于形成磁回路的磁性体制的磁轭，还具备驱动信号生成电路，其用于提供向所述第1线圈列提供的第1交流驱动信号、向所述第2线圈列提供的第2交流驱动信号以及向所述第3线圈列提供的第3交流驱动信号，所述驱动信号生成电路生成所述第1、第2和第3交流驱动信号，使得在所述磁铁列内的磁铁的中心和各线圈的中心相向的时刻，切换所述第1、第2和第3线圈列的各线圈的极性，并且在属于同一线圈列的相邻线圈之间的中央位置与所述磁铁列内的磁铁的中心相向的时刻，该线圈列中的磁通密度最大，所述驱动信号生成电路具有：第1、第2和第3PWM电路，它们分别生成相位相互偏移2π/3的第1、第2和第3PWM信号；掩蔽电路，其根据所述电动机器的输出请求掩蔽所述第1、第2和第3PWM信号，来生成所述第1、第2和第3交流驱动信号，所述掩蔽电路在以各交流驱动信号的极性反转的时刻为中心对称的时间范围内，掩蔽各PWM信号。
根据该结构，也可以实现转矩和重量平衡良好的电动机器。另外，可以实现能够不产生抖动而稳定顺畅地旋转的、几乎没有铁损的效率良好的电动机器。
另外，本发明还能够以多种形态来实现，例如能够以电动致动器、直线电动机或旋转式电动机等的电动机、发电机、以及它们的致动器，或者电动机、发电机的驱动方法和驱动装置等形态来实现。
附图说明
图1(A)、1(B)是表示本发明第1实施例的电动机的概略结构的说明图。
图2(A)、2(B)是表示A相线圈列的两种线圈接线方法的示例图。
图3(A)～3(D)是第1实施例的电动机的动作示意图。
图4(A)～4(E)是第1实施例的电动机的机械结构的示意图。
图5表示作为本发明实施例的电动致动器的用途和优选材料之间关系的说明图。
图6是表示第1实施例中的驱动信号生成电路的结构的方框图。
图7表示第1实施例中的驱动电路的结构的方框图。
图8是表示第1实施例中的电动机产生大转矩时的信号波形的时序图。
图9是表示第1实施例中的电动机产生小转矩时的信号波形的时序图。
图10(A)、10(B)是比较现有的DC电刷电动机的特性和第1实施例的电动机特性的示意图。
图11(A)、11(B)是表示为了考察第1实施例的电动机的特性而测量磁铁列周围的磁通密度的实验情况的说明图。
图12是第1实施例的电动机在没有负载时的转速的示意图。
图13(A)、13(B)表示作为本发明第2实施例的电动机的结构的剖面图。
图14(A)、14(B)表示第2实施例的定子和转子的结构的剖面图。
图15(A)～15(D)是与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第1变形例的示意图。
图16(A)～16(D)是与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第2变形例的示意图。
图17(A)～17(D)是与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第3变形例的示意图。
图18(A)～18(D)是与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第4变形例的示意图。
图19(A)～19(D)是与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第5变形例的示意图。
图20(A)～20(C)是表示本发明第3实施例的电动机的概略结构的说明图。
图21是表示第3实施例中的驱动信号生成电路的结构的方框图。
图22是表示第3实施例中的驱动电路的结构的方框图。
图23是表示第3实施例中的传感器信号和各相线圈的励磁方向的时序图。
图24(A)～24(F)是表示第3实施例中6个期间P1～P6中的电流方向的说明图。
图25是表示第4实施例中的驱动电路单元的结构的方框图。
图26是表示再生控制部和相对减速用的驱动电路的内部结构的图。
具体实施方式
按以下顺序来说明本发明的实施方式。
A.第1实施例(二相电动机)
B.第2实施例(二相电动机)
C.二相电动机的各种变形例
D.第3实施例(三相电动机)
E.第4实施例
F.其它变形例
A.第1实施例(二相电动机)
图1(A)是表示本发明第1实施例中的电动机的概略结构的说明图。该电动机具有第1线圈列结构10A、第2线圈列结构20B、和磁铁列结构30M。
第1线圈列结构10A具有支持部件12A、和固定在支持部件12A上的A相线圈列14A。该A相线圈列14A是由在相反方向上励磁的两种线圈14A1、14A2以一定间距Pc交替地配置而形成。在图1(A)的状态下，3个线圈14A1以磁化方向(从N极向S极的方向)向下的方式励磁，另外，其它的3个线圈14A2以磁化方向向上的方式励磁。
第2线圈列结构20B也具有支持部件22B、和固定在支持部件22B上的B相线圈列24B。该B相线圈列24B也是由在相反方向上励磁的两种线圈24B1、24B2以一定间距Pc交替地配置而形成。此外，在本说明书中“线圈间距Pc”被定义为A相线圈列的线圈之间的间距或者是B相线圈列的线圈之间的间距。
磁铁列结构30M具有支持部件32M、和固定在支持部件32M上的磁铁列34M。该磁铁列34M的永久磁铁被分别配置成磁化方向朝向与磁铁列34M的排列方向(图1(A)的左右方向)垂直的方向。磁铁列34M的磁铁以一定的磁极间距Pm配置。在该例中，磁极间距Pm与线圈间距Pc相等，在电角中相当于π。此外，电角的2π对应于电动机的驱动信号的相位变化2π时移动的机械角度或距离。在第1实施例中，当A相线圈列14A和B相线圈列24B的驱动信号的相位变化2π时，磁铁列结构30M移动线圈间距Pc的2倍。
此外，A相线圈列14A和B相线圈列24B被配置在电角相互偏移π/2的不同位置上。此外，A相线圈列14A和B相线圈列24B具有只是位置不同、在其它方面实质上相同的结构。因此，在以下与线圈列相关的说明时，除特殊必要的情况之外，只对A相线圈列进行说明。
图1(B)表示向A相线圈列14A和B相线圈列24B提供的交流驱动信号的波形的一个例子。分别向A相线圈列14A和B相线圈列24B提供二相交流信号。另外，A相线圈列14A和B相线圈列24B的驱动信号的相位相互偏移π/2。图1(A)的状态相当于零相位(或2π)的状态。
该电动机还具有A相线圈列14A用的位置传感器16A、和B相线圈列24B用的位置传感器26B。以下将它们简称为“A相传感器”、“B相传感器”。A相传感器16A配置在A相线圈列14A的2个线圈间的中央位置上，B相传感器26B配置在B相线圈列24B的2个线圈间的中央位置上。作为这些传感器16A、26B，优选采用具备具有与图1(B)所示的交流驱动信号相同的波形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。还可以省略位置传感器而进行无传感器驱动。
此外，支持部件12A、22B、32M分别由非磁性材料形成。另外，在本实施例的电动机的各种部件中，包含线圈和传感器的电气配线、磁铁、旋转轴、及其轴承部以外的部件全部优选由非磁性非导电性材料构成。
图2(A)、2(B)是A相线圈列14A的两种线圈14A1、14A2的接线方法的示意图。在图2(A)的接线方法中，在A相线圈列14A中包含的所有线圈相对于驱动信号生成电路100串联连接。另一方面，在图2(B)的接线方法中，由一对线圈14A1、14A2构成的串联连接按多个组并联连接。不论在哪一种连接方法中，两种线圈14A1、14A2始终被磁化成相反的极性。
图3(A)～3(D)表示第1实施例的电动机的动作。另外，在第1实施例中，线圈列14A、24B构成定子，磁铁列34M构成转子。因此，在图3(A)～3(D)中磁铁列34M随着时间的经过而移动。
图3(A)表示相位刚好在2π之前的时刻的状态。此外，在线圈和磁铁之间描绘的实线箭头表示引力方向，虚线箭头表示斥力方向。在该状态下，A相线圈列14A不对磁铁列34M施加工作方向(图中右方向)的驱动力，磁力作用在向A线圈列14A吸引磁铁列34M的方向上。因此，在相位为2π的时刻，优选使向A相线圈列14A施加的电压为零。另一方面，B相线圈列24B对磁铁列34M施加工作方向的驱动力。此外，由于B相线圈列24B对磁铁列34M不仅有引力还有斥力，所以由B相线圈列24B对磁铁列34M的上下方向(与磁铁列34M的工作方向垂直的方向)的净余力为零。因此，在相位为2π的时刻，优选使向B相线圈列24B施加的电压为峰值。
如图1(B)所示，在相位为2π的时刻，A相线圈列14A的极性反转。图3(B)是相位为π/4的状态，A相线圈列14A的极性从图3(A)开始反转。在该状态下，A相线圈列14A和B相线圈列24B向磁铁列34M的工作方向施加相同的驱动力。图3(C)是相位刚好在π/2之前的状态。在该状态下，与图3(A)的状态相反，只有A相线圈列14A向磁铁列34M施加工作方向的驱动力。在相位为π/2的时刻，B相线圈列24B的极性反转，成为图3(D)所示的极性。图3(D)是相位为3π/4的状态。在该状态下，A相线圈列14A和B相线圈列24B向磁铁列34M的工作方向施加相同的驱动力。
从图3(A)～图3(D)可以知道，在A相线圈列14A的各线圈与磁铁列34M的各磁铁相对的时刻，切换A相线圈列14A的极性。B相线圈列也同样。其结果是由于可使所有的线圈几乎始终产生驱动力，所以可以产生较大的转矩。
另外，在相位为π～2π的期间，由于与图3(A)～3(D)大致相同，所以省略详细的说明。其中，A相线圈列14A的极性在相位为π的时刻再次反转，B相线圈列24B的极性在相位为3π/2的时刻再次反转。
由上述说明可以知道，本实施例的电动机利用线圈列14A、24B和磁铁列34M之间的引力和斥力，可以得到对磁铁列34M的工作方向上的驱动力。特别是在本实施列中，由于在夹着磁铁列34M的两侧配置有线圈列14A、24B，所以可以将磁铁列34M的两侧的磁通用于产生驱动力。因此，与现有的电动机那样只将磁铁的一侧用于产生驱动力的情况相比，本发明的电动机可以实现磁通利用率高、效率高、大转矩的电动机。
另外，本实施例的电动机由于没有设置磁性体制的铁芯，所以还可以实现不产生所谓的抖动的顺畅稳定的工作。另外，由于没有设置用于构成磁回路的磁轭(yoke)，所以可实现极少产生所谓的铁损(涡电流损失)的高效的电动机。
但是，认为在通常的电动机中，若没有铁芯或磁轭则磁通的利用率会降低。另一方面，在本实施例的电动机中，由于在夹着磁铁列34M的两侧配置有线圈列14A、24B，所以磁通的利用率十分高，并不需要设置铁芯或磁轭。铁芯或磁轭是产生抖动的原因、还增加了重量，所以优选没有铁芯或磁轭。并且，由于如果没有磁轭也就没有铁损，所以具有可得到较高的电动机效率的优点。
图4(A)是第1实施例中的电动机的立体图，图4(B)是转子(磁铁列结构)30M的俯视图，图4(C)是其侧视图，图4(D)是A相线圈列结构10A的俯视图，图4(E)是B相线圈列结构20B的俯视图。
A相线圈列结构10A和B相线圈列结构20B构成定子，磁铁列结构30M构成转子。即，磁铁列结构30M配置在A相线圈列结构10A和B相线圈列结构20B之间，并可以轴37为中心自由旋转。旋转轴37被压入到位于转子30M的中心处的旋转轴用开口孔中，使得转子30M和旋转轴37一体地旋转。如图4(B)、4(D)、4(E)所示，转子30M是在大致呈圆盘状的支持部件32M上沿圆周方向均等地设置有6个永久磁铁34M的结构。另外，A相线圈列结构10A是在支持部件12A上沿圆周方向均等地设置有6个电磁线圈14A1、14A2的结构。同样地，B相线圈列结构20B也是在支持部件22B上沿圆周方向均等地设置有6个电磁线圈24B1、24B2的结构。从该说明可以得知，图1(A)中的磁铁列结构30M的工作方向(图1(A)的左右方向)相当于转子的旋转方向。
A相线圈列结构10A的支持部件12A形成为中空圆筒状的壳体。该中空圆筒状的壳体的一个底面(在图4(A)中看不见的一侧)封闭，另一个底面开放。在该壳体12A的侧面上设置有A相传感器16A和B相传感器26B。这些传感器16A、26B的位置与图1(A)所示的位置相同。B相线圈列结构20B的支持部件22B形成为壳体12A的盖。
图5表示作为本发明实施例的电动致动器的用途与优选材料的关系。作为用途有例如优先用于以下项目的用途。
(1)低价格
(2)小型
(3)消耗功率少
(4)抗振动/冲击性
(5)在高温环境下的利用性
(6)重量轻
(7)可产生大转矩
(8)可高速旋转
(9)环保
在图5的各用途右侧的栏内，分别表示了适用于永久磁铁、转子部件(磁铁列的支持部件32M)、绕线管部件(线圈的铁芯材料)、壳体部件(线圈列结构10A、20B的支持部件12A、14B)的材料。此外，所谓“高价磁铁”是指钕磁铁、钐钴磁铁、铝镍钴磁铁等。另外，所谓“一般树脂”是指除碳系树脂和植物性树脂之外的各种树脂(特别是合成树脂)。所谓“碳系树脂”是指玻璃状碳、碳纤维强化树脂(CFRP)、碳纤维等。作为转子部件用的金属可以使用铝、不锈钢、钛、镁、铜、银、金以及这些金属的合金。作为“陶瓷”可以使用细陶、滑石陶瓷、氧化铝、锆石、石英。另外，作为“天然材料”可以使用由植物、木材、砂土等制成的材料(例如植物性树脂)。
从这些例子中可以知道，作为本发明实施例的电动致动器可以使用非磁性非导电性的各种材料来作为转子部件、绕线管部件(铁芯部件)或壳体部件。其中，作为转子部件(磁铁列的支持部件32M)，考虑到强度，有时也使用铝或铝合金等的金属材料。实际上，在第1实施例中使用铝作为转子部件。此时，优选由实质上非磁性非导电性的材料构成绕线管部件或壳体部件。这里，所谓的“实质上非磁性非导电性的材料”是指容许只有很少的部分是磁性体或者导电体。例如，对于绕线管部件是否是由实质上非磁性非导电性的材料构成，可以通过电动机中是否存在抖动来判断。另外，对于壳体部件是否是由实质上非导电性的材料构成，可以通过壳体部件的铁损(涡电流损失)是否小于等于规定值(例如输入的1％)来判断。
此外，在电动致动器的结构部件中，也存在如旋转轴和轴承部那样优选由金属材料制成的部件。这里所谓的“结构部件”是指为了支持电动致动器的形状而使用的部件，是指不包含小部件或固定用具等的主要的部件。转子部件或壳体部件也是结构部件的一种。在本发明的电动致动器中，旋转轴和轴承部以外的主要结构部件优选由非磁性非导电性的材料构成。
图6表示第1实施例中驱动信号生成电路100的结构。该电路100具有：与总线102连接的工作模式信号生成部104、电子可变电阻器106、CPU110。工作模式信号生成部104生成工作模式信号Smode。工作模式信号Smode包含表示是正转还是反转的第1位、以及表示是使用AB相两者的工作模式还是只使用A相的工作模式的第2位。此外在电动机开始工作时，为了确切地决定旋转方向可以使用A相和B相2个线圈列。其中，电动机开始工作以后，在要求转矩较小的运转状态下，只使用A相线圈列和B相线圈列中的一个就足以继续旋转。工作模式信号Smode的第2位是用于指示在这样的情况下只驱动A相线圈列的标志。
电子可变电阻器106两端的电压被施加给4个电压比较器111～114的一个输入端子。向电压比较器111～114的另一个输入端子提供A相传感器信号SSA和B相传感器信号SSB。将4个电压比较器111～114的输出信号TPA、BTA、TPB、BTB称为“掩蔽(mask)信号”或“许可信号”。关于这些名称的含义将在后面阐述。
将掩蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB输入到复用器120中。复用器120根据工作模式信号Smode来切换A相用的掩蔽信号TPA、BTA的输出端子，并且，可以通过切换B相用的掩蔽信号TPB、BTB的输出端子来使电动机反转。将从复用器120输出的掩蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB提供给2级PWM电路130。
2级PWM电路130具有A相PWM电路132、B相PWM电路134、4个3态缓冲电路141～144。向A相PWM电路132提供A相传感器16A(图1(A))的输出信号SSA(以下称为“A相传感器信号”)和工作模式信号Smode。向B相PWM电路134提供B相传感器26B的输出信号SSB和工作模式信号Smode。这2个PWM电路132、134是根据传感器信号SSA、SSB产生PWM信号PWMA、#PWMA、PWMB、#PMWM的电路。此外，信号#PMWA、#PMWB是反转信号PMWA、PMWB而得到的信号。如上所述，传感器信号SSA、SSB都是正弦波信号，PWM电路132、134根据这些正弦波信号执行公知的PWM动作。
由A相PWM电路132生成的信号PWMA、#PWMA被分别提供给2个3态缓冲电路141、142的2个输入端子。向这2个3态缓冲电路141、142的控制端子供给由复用器120施加的A相掩蔽信号TPA、BTA。3态缓冲电路141、142的输出信号DRVA1、DRVA2是A相线圈列用的驱动信号(以下称为“A1驱动信号”和“A2驱动信号”)。关于B也是同样地，由PWM电路134和3态缓冲电路143、144生成B相线圈列用的驱动信号DRVB1、DRVB2。
图7表示A相驱动电路120A和B相驱动电路130B。A相驱动电路120A是用于向A相线圈列14A供给交流驱动信号DRVA1、DRVA2的H型桥电路。此外，在表示驱动信号的方框的端子部分处附加的白圆圈表示逻辑负即信号反转。此外，符号IA1、IA2所带的箭头分别表示根据A1驱动信号DRVA1和A2驱动信号DRVA2流动的电流方向。B相驱动电路130B的结构也与A相驱动电路120A的结构相同。
图8是表示第1实施例中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是相位彼此偏移π/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8从上数第7个信号)。第1A相掩蔽信号TPA在该信号TPA为H电平的期间里允许向A相线圈列14A施加信号PWMA，在L电平期间里禁止施加。同样地，第2A相掩蔽信号BTA也在该信号BTA为H电平的期间里允许向A相线圈列14A施加信号PWMA，在L电平期间里禁止施加。其中，第1A相掩蔽信号TPA在PWM信号PWWA处于正侧时为H电平，第2A相掩蔽信号BTA在PWM信号PWMA处于负侧时为H电平。其结果是，向A相线圈列14A施加如图8下数第2个所示的驱动信号DRVA1+DRVA2。由这些说明可以知道，A相掩蔽信号TPA、BTA可以认为是允许向A相线圈列14A施加PWM信号PWMA的信号，也可以认为是掩蔽PWM信号PWMA而不提供给A相线圈列14A的信号。对于B相也是一样。
此外，图8表示产生大转矩时的运转状态。此时，掩蔽信号TPA、BTA两者为L电平的期间较短，因此，在几乎全部的时间里向A相线圈列14A施加电压。此外，在A相传感器信号SSA的波形的右端示有此时的滞后(hysteresis)电平。这里所谓的“滞后电平”是指正弦波信号的零电平附近的无效(即没有被使用的)信号电平的范围。可以知道在产生大转矩时滞后电平极其小。另外，可以通过改变电子可变电阻器106的电阻，改变掩蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB的占空比来变更滞后电平。
图9表示产生小转矩时的状态。小转矩是指高转速。此时，掩蔽信号TPA、BTA、TPB、BTB的占空比与图8相比被设定得较小，由此各线圈的驱动信号(DRVA1+DRVA2)、(DRVB1+DRVB2)的脉冲数也减少。并且，滞后电平也变大。
另外，如果将图8与图9进行比较可以知道，第1A相掩蔽信号TPA的H电平的期间具有以A相传感器信号SSA表现为极大值的时刻(相位的π/2时间点)为中心的对称形状。同样地，第2A相掩蔽信号BTA的H电平的期间具有以A相传感器信号SSA表现为极小值的时刻(相位的3π/2时间点)为中心的对称形状。这样，这些掩蔽信号TPA、BTA为H电平的期间具有以A相传感器信号SSA表现为峰值的时刻为中心的对称形状。换言之，可以认为将PWM信号PWMA的掩蔽期间设定成在以由该信号PWMA模拟的交流驱动信号(图1(B)所示的波形)的极性反转时刻(π和2π)为中心的时间范围中来掩蔽信号PWMA。
但是，如图3(A)所说明地，A相线圈列14A在相位为2π的附近几乎不产生有效的驱动力。在相位为π附近时也一样。另外，A相线圈列14A在相位为π/2和3π/2的附近产生效率最高的有效驱动力。如上述图9所示，本实施例的2级PWM电路130在电动机的要求输出为较小时，在相位为π和2π的附近不向A相线圈列14A施加电压，还如图8、图9所示，以相位为π/2和3π/2的附近为中心向A相线圈列14A施加电压。这样，A相掩蔽信号TPA、BTA对PWM信号PWMA进行掩蔽，使得优先使用A相线圈列14A产生效率最高的驱动力的期间，所以可以提高电动机的效率。此外，在相位为π和2π的附近向A相线圈列14A施加电压时，如图3(A)所说明地，在A相线圈列14A和磁铁列34M之间引力较强地作用，成为使转子振动的原因。这也意味着优选在相位为π和2π的附近不向A相线圈列14A施加电压。这些情况对于B相线圈列24B也是一样。其中，如图1(B)所示，B相线圈列24B在相位为π/2和3π/2的时刻反转极性，所以优选在相位为π/2和3π/2的附近不向B相线圈列24B施加电压。
图10(A)表示现有的DC电刷电动机的特性，图10(B)表示第1实施例的电动机特性。这些图的横轴表示转矩，纵轴表示6个特性值(效率、输出、输入、电压、电流、转速)。
第1实施例的电动机具有作为DC电动机的特性。此外，与现有的DC电刷电动机相比较，第1实施例的电动机具有最大转矩较大、并且最大输出时的效率较高的特点。还可以知道，现有的电刷电动机的最大输出时的重量转矩比为0.06[W/g]，与此相对，第1实施例的电动机的最大输出时的重量转矩比为0.28[W/g]这样极大的值，在重量和转矩的平衡方面表现优异。
另外，第1实施例的电动机的详细规格如下。
(1)线圈
·线圈材料：铜
·直径：Φ0.3[mm]
·匝数：150[匝/绕线管]
·线圈连接：将各相极并联连接(图2(B))
(2)永久磁铁
·直径：Φ14[mm]
·厚度：5[mm]
·材料：钕
·平面中心磁通密度：3300[G](0.33[T])
·使用数量：2极×3组＝6个
(3)绕线管(线圈的芯部件)
·直径：Φ15[mm]
·厚度：6[mm]
·材料：苯酚树脂
·使用数量：2相×2极×3组＝12个
(4)转子部件
·直径：Φ48[mm]
·厚度：5[mm]
·材料：铝
(5)壳体(主体壳体、盖)
·直径：Φ54[mm]
·厚度：22[mm]
·材料：苯酚树脂
此外，在该例子中使用铝作为转子部件(磁铁列结构30M的支持部件32M)，但是还可以使用非磁性且非导电性的材料。在减少铁损这一点上，优选使用非导电性材料代替铝作为转子部件。
图11(A)、11(B)表示为了考察第1实施例的电动机的特性而测量磁铁列34M的周围的磁通密度的实验情况。在图11(A)的实验1中，在开放磁铁列34M两侧的状态下，用磁传感器MS测量了磁铁附近的磁通密度。在图11(B)的实验2中，在将硅钢板制的磁轭部YK设置于磁铁列34M的下侧的状态下，用磁传感器MS测量了磁铁附近的磁通密度。实验1、实验2的结果如下。
·实验1的磁通密度测量值：3500G
·实验2的磁通密度测量值：4100G
如实验2那样，在设有磁轭部YK时，与磁轭部YK相对侧的磁铁表面中的磁通密度确实增加，相对于实验1的测量结果的增加率约为17％。在第1实施例的电动机中，如图11(A)所示，在开放磁铁列34M的两侧的状态下，利用磁铁列34M的两侧的磁通来产生驱动力，所以可以认为是利用了磁铁列34M单侧的2倍的磁通量。因此，第1实施例的电动机与设置磁轭部YK并在其相对侧配置线圈的现有电动机相比，可以更有效地利用永久磁铁的磁通，其结果是可以产生更大的转矩。
图12表示第1实施例的电动机的无负载时的转速。由该图可以知道，第1实施例的电动机在无负载时，一直到极低的转速都以极其稳定的转速旋转。其原因是由于没有磁性体的铁芯所以不产生抖动。
如上所述，在第1实施例的电动机中，在磁铁列34M的两侧设有线圈列14A、24B，并且是完全没有设置磁性体的铁芯和磁轭的结构，所以可以实现轻量和获得较大的转矩。此外，没有抖动，一直到极低的转速都可以维持稳定的旋转。
B.第2实施例(二相电动机)
图13(A)、13(B)是表示作为本发明第2实施例的电动机的结构的剖面图。第2实施例的电动机具有将大致圆筒状的转子30M插入到大致圆筒状的二重结构的定子间的嵌入转子(insert rotor)结构。即，2个线圈列14A、24B配置在构成中空二重圆筒结构的2个圆筒部件中，磁铁列34M配置在插入于线圈列14A、24B之间的另一圆筒部件中。这样，以下将3个中空圆筒部件同轴地重合的结构称为“中空多重圆筒结构”。
图14(A)、14(B)表示转子和定子分离的状态。图14(A)所示的定子具有2个线圈列14A、24B。位于外侧的A相线圈列14A的支持部件12A构成中空圆筒状的壳体。在该壳体12A的圆筒面外侧设有磁屏蔽部件40。该磁屏蔽部件40由极薄的强磁性材料(例如坡莫合金(permalloy))构成，用于使磁不向电动机外部泄漏。但是，磁屏蔽部件40不具有作为用于构成磁回路的磁轭的功能。此外，通过进行上述图11所示的实验来测量磁通密度，可以调查在电动机中使用的部件是否具有作为磁轭的功能。例如，在设有磁屏蔽部件40时，在线圈列14A的表面磁通密度增加10％以上时可以判断为具有作为磁轭的功能，在不足10％时可以判断为不具有作为磁轭的功能。另外，该判断基准不仅可以是10％还可以是5％。
在定子内部的基板220上设有驱动电路单元200。该驱动电路单元200是具有图6所示的驱动信号生成电路100、图7所示的驱动电路120A、130B的电路。通过电气配线210从外部向驱动电路单元200提供电源和控制信号。
转子30M具有磁铁列34M，还在中心设有轴37。如图14(A)所示，在定子左侧的底面上设有轴承部38。另外，如图14(B)所示，在盖39上也设有轴承部36，该盖39用于在插入转子30M后关闭壳体。
此外，在图13(B)的例子中，A相线圈列14A和B相线圈列24B分别具有8个线圈，磁铁列34M也具有8个磁铁。但是，线圈或磁铁的数量可以设定成任意的值。
该第2实施例的电动机也与第1实施例大致一样地工作，具有大致相同的效果。由该例可以知道，本发明的电动致动器能够以多种具体的形态来实现。
此外，第2实施例的电动机由于具有上述的中空多重圆筒结构，所以与第1实施例相比具有转子振动较少的优点。即，如已经在图3中说明的那样，在磁铁列34M上，对应于来自线圈列14A、24B的引力和斥力，有时力作用于A相线圈列14A侧，有时力作用于B相线圈列24B侧。此时在如图4所示的第1实施例的结构(圆盘状的转子30M被插入到保持线圈列14A、24B的2个圆盘状部件之间的结构)中，转子30M就有可能在旋转的同时上下振动。对此在如图13所示的中空多重圆筒结构的电动机中，由于使转子30M振动的力(来自线圈列14A、24B的引力和斥力的不平衡)以旋转轴为中心相互抵消，所以具有难以产生这样的振动的优点。
C.二相电动机的各种变形例
图15(A)～15(D)表示与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第1变形例。该第1变形例的电动机具有如下结构，即：将图1、图3所示的第1实施例的电动机的A相线圈列14A和B相线圈列24B的线圈间疏成1/2，使线圈间距Pc变为2倍。磁铁列34M的结构与第1实施例相同。第1变形例的A相线圈列14A相当于省略了第1实施例中A相线圈列14A的2种线圈14A1、14A2(图1)中的一个线圈14A2。因此，第1变形例的A相线圈列14A的所有线圈始终被磁化成相同方向。
图16(A)～16(D)表示与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第2变形例。该第2变形例的电动机具有如下结构，即：将图1、图3所示的第1实施例的电动机的A相线圈列14A和B相线圈列24B的线圈间疏成1/3，使线圈间距Pc变为3倍。磁铁列34M的结构与第1实施例相同。此外，在该第2变形例中，A相线圈列14A和B相线圈列24B的相对位置关系错开3π/2。由此可以知道，二相电动机的A相线圈列14A和B相线圈列24B只要存在电角错开π/2的奇数倍的位置关系即可。
图17(A)～17(D)表示与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第3变形例。该第3变形例的电动机具有如下结构，即：将图1、图3所示的第1实施例的电动机的磁铁列34M的磁铁间疏成1/2，使磁极间距Pm变为2倍。A相线圈列14A和B相线圈列24B的结构与第1实施例相同。
上述的第1～第3变形例相当于从第1实施例间疏线圈的一部分或磁铁的一部分，但是可以知道这些变形例的电动机也以与第1实施例大致相同的原理来工作。但是从磁通量的利用效率这一点来看，第1实施例比第2、第3变形例更优。
图18(A)～18(D)表示与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第4变形例。在该第4变形例的电动机中，在磁铁列34M的两侧设有上部线圈列40AB和下部线圈列50AB。上部线圈列40AB相当于将图1、图3所示的第1实施例的电动机的A相线圈列14A和B相线圈列24B两者汇总在上方侧。即，上部线圈列40AB具有A相线圈列14A中所包含的2种线圈14A1、14A2、以及B相线圈列24B中所包含的2种线圈24B1、24B2，并将它们以规定的顺序配置。下部线圈列50AB也相当于将第1实施例的电动机的A相线圈列14A和B相线圈列24B两者汇总在下方侧。此外，在图18(A)～18(D)中，为了图示的方便，将A相线圈列的线圈用实线描绘，将B相线圈列的线圈用虚线描绘。第4变形例的电动机具有第1实施例的电动机的2倍的线圈。另外，线圈间距Pc由于被定义成A相线圈列的线圈彼此之间或B相线圈列的线圈彼此之间的间距，所以第4变形例的线圈间距Pc与第1实施例相同。
由于第4实施例的上部线圈列40AB和下部线圈列50AB两者都具有A相和B相线圈列，所以可以省略上部线圈列40AB和下部线圈列50AB中的一方。但是，从磁铁的磁通量有效利用的观点来看，优选设有上部线圈列40AB和下部线圈列50AB两者。
图19(A)～19(D)表示与二相电动机的线圈列和磁铁列的排列相关的第5变形例。该第5变形例的电动机使图1、图3所示的第1实施例的电动机的磁铁列34M的磁铁的磁化方向朝向磁铁列34M的工作方向(图的横向方向)。磁极间距Pm与第1实施例相同，但是磁铁数量是第1实施例的1/2。A相线圈列14A和B相线圈列24B的结构与第1实施例相同。但是，B相线圈列24B的磁化方向与图3所示的第1实施例相反。这样，可以知道即使磁铁的磁化方向朝向转子(在该例中磁铁列34M)的工作方向，也能进行与第1实施例大致相同的动作。
此外，由这些各种变形例可以知道，A相和B相线圈列中所包含的线圈数量、或磁铁列中所包含的磁铁数量可以设定成各种值。但是，从磁通量的利用效率这一点来看，优选各相的线圈列的线圈数量和磁铁列的磁极数量(或者磁铁数量)相等。
D.第3实施例(三相电动机)
图20(A)～20(C)是表示本发明第3实施例中的电动机的概略结构的说明图。该第3实施例的电动机是具有A相、B相、C相3个线圈列的三相电动机。磁铁列70M具有与图3(A)所示的第1实施例的磁铁列34M相同的结构。在磁铁列70M的两侧设有上部线圈列60ABC和下部线圈列80ABC。上部线圈列60ABC含有A相线圈列的线圈91A1、B相线圈列的线圈92B1、C相线圈列的线圈93C1，并将它们按规定的顺序配置。此外，在图20(A)～20(C)中，为了方便图示，用实线来描绘A相线圈列的线圈、用点线来描绘B相线圈列的线圈、用虚线来描绘C相线圈列的线圈。下部线圈列80ABC也同样，含有A相线圈列的线圈91A2、B相线圈列的线圈92B2、C相线圈列的线圈93C2。此外，上部线圈列60ABC的A相线圈91A1和下部线圈列80ABC的A相线圈91A2被反向地磁化。这一点B相线圈和C相线圈也是相同的。A相、B相、C相各相的线圈间距Pc是磁极间距Pm的2倍，在电角中相当于2π。上部线圈列60ABC的A相线圈91A1和下部线圈列80ABC的A相线圈91A2配置在电角偏移了π的位置处。B相线圈和C相线圈也是同样的。此外，A相、B相、C相的线圈配置在电角顺次偏移了π/3的位置处。
图20(A)表示相位刚好在2π之前的状态。在相位为2π的时刻，A相线圈列91A1、91A2的极性反转。图20(B)表示相位刚好在π/3之前的状态。在相位为π/3的时刻，C相线圈列93C1、93C2的极性反转。图20(C)表示相位刚好在2π/3之前的状态。在相位为2π/3的时刻，B相线圈列92B1、92B2的极性反转。
即使在该第3实施例的三相电动机中，A相线圈列91A1、91A2的极性(磁化方向)也在A相线圈列91A1、91A2的各线圈与磁铁列70M的各磁铁相对的时刻发生切换。B相线圈列和C相线圈列也是同样的。其结果是所有的线圈可以始终产生驱动力，所以能够产生较大的转矩。
另外，该第3实施例的三相电动机也与第1实施例同样，不具有磁性体的铁芯，不具有构成磁回路的磁轭。另外，旋转轴和轴承部以外的结构部件都优选由非磁性非导电性的材料构成。
图21是表示第3实施例中驱动信号生成电路的结构的方框图。该驱动信号生成电路100a在图6所示的二相电动机用的电路中追加了用于C相的电路部分(例如电压比较器115、116)，还追加了正弦波发生电路108。
正弦波发生电路108根据3相的传感器信号SSA、SSB、SSC，产生相位依次错开2π/3的3个正弦波信号SA、SB、SC。将3个正弦波信号SA、SB、SC输入给电压比较器111～116，此外，还提供给2级PWM电路130a。此外，复用器120a和2级PWM电路130a由图6所示的这些电路变更成了三相用的电路。从2级PWM电路130a输出三相的驱动信号对(DRVA1、DRVA2)、(DRVB1、DRVB2)、(DRVC1、DRVC2)。另外，各驱动信号的波形与图8和图9所示的大致相同，只是在各相的相位差为2π/3这一点上不同。
图22是表示第3实施例中驱动电路的结构的方框图。该驱动电路140是用于驱动线圈列91A、92B、93C的三相桥电路。
图23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。A、B、C相的传感器信号SSA、SSB、SSC是电角中按每个π长度的期间来切换H电平和L电平的数字信号。另外，各相的相位顺次错开2π/3。在图23的下部示出了A、B、C相的各线圈列的励磁方向。各线圈列的励磁方向通过3个传感器信号SSA、SSB、SSC的逻辑运算来确定。
图24(A)～24(F)示出了图23的6个期间P1～P6中的电流方向。在本实施例中，A、B、C相的线圈列被星型连接，但是也可以是三角形连接。在期间P1中，电流从B相线圈列向A相和C相线圈列流动。在期间P2中，电流从B相和C相线圈列向A相线圈列流动。这样，如果驱动各线圈列使得A、B、C相的各线圈列始终有电流流过，则可以产生较大的转矩。
即使在第3实施例的三相电动机中，也在磁铁列70M的两侧设有线圈列，利用磁铁列70M两侧的磁通量来产生驱动力，所以能够得到较大的驱动力。另外，由于第3实施例的三相电动机也完全没有设置磁性体的铁芯和磁轭，所以重量轻且能够得到较大的转矩。另外，没有抖动，一直到极低的转速都可以维持稳定的旋转。
此外，三相电动机还可以被构成为如上述第2实施例的圆筒型电动机。还可以将与上述第1实施例的各种变形例同样的变形应用于第3实施例的三相电动机。
E.第4实施例
图25是表示第4实施例中驱动电路单元的内部结构的方框图。另外，驱动电路单元以外的硬件结构由于与上述的第1实施例相同所以省略说明。
该驱动电路单元500具备：CPU 110、驱动控制部100、再生控制部200、驱动电路150、整流电路250。2个控制部100、200经总线102与CPU 110连接。驱动控制部100和驱动电路150是进行使电动致动器产生驱动力时的控制的电路。另外，再生控制部200和整流电路250是进行由电动致动器再生电力时的控制的电路。将再生控制部200和整流电路250统称为“再生电路”。
此外，驱动控制部100与在图6中说明的驱动信号生成电路100相同。另外，驱动电路150是由在图7中说明的A相驱动电路120A和B相驱动电路130B构成的电路。因此，省略对这些电路100、150的内部结构和动作的说明。
图26是再生控制部200和整流电路250的内部结构的示意图。再生控制部200具有与总线102连接的A相充电切换部202、B相充电切换部204、电子可变电阻器206。将2个充电切换部202、204的输出信号提供给2个AND电路211、212的输入端子。
A相充电切换部202在回收来自A相线圈列14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也是一样。另外，这些信号电平的切换由CPU110来进行。还可以独立地设定有无来自A相线圈列14的再生、和有无来自B相线圈列24B的再生。因此，还可以例如使用A相线圈列14A使致动器产生驱动力，同时从B相线圈列24B再生电力。
此外，驱动控制部100也可以同样地构成为独立地设定是否使用A相线圈列14A产生驱动力，是否使用B相线圈列24B产生驱动力。例如，还可以将工作模式信号生成部104构成为：从图6的工作模式信号生成部104输出表示有无A相线圈列14A的驱动的信号、和表示有无B相线圈列24B的驱动的信号。这样，可以在由2个线圈列14A、24B中的任意一个产生驱动力、同时由另一个再生电力的运转模式下运转电动致动器。
将电子可变电阻器206两端的电压提供给4个电压比较器221～224的2个输入端子中的一个。向电压比较器221～224的另一个输入端子提供A相传感器信号SSA和B相传感器信号SSB。可以将4个电压比较器221～224的输出信号TPA、BTA、TPB、BTB称为“掩蔽信号”或者“许可信号”。
将A相线圈用的掩蔽信号TPA、BTA输入到OR电路231，将B相线圈用的掩蔽信号TPB、BTB输入到另一个OR电路232。将这些OR电路231、232的输出提供给上述的2个AND电路211、212的输入端子。这些AND电路211、212的输出信号MSKA、MSKB也称为“掩蔽信号”或者“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6所示的驱动信号生成电路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OR电路231的输出信号相当于图8所示的掩蔽信号TPA、BTA的逻辑和。另外，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AND电路211输出的掩蔽信号MSKA与OR电路231的输出信号相同。这些动作对于B相也是一样。
整流电路250作为A相线圈用的电路，具有：含有多个二极管的全波整流电路252、2个选通晶体管261、262、缓冲电路271、反相电路272(NOT电路)。在B相用中也设置相同的电路。选通晶体管261、262与再生用的电源配线280连接。
在电力再生时，用全波整流电路252对由A相线圈列14A产生的交流电进行整流。向选通晶体管261、262的栅极提供A相线圈用的掩蔽信号MSKA及其反转信号，相应地控制选通晶体管261、262的导通/截止。因此，在从电压比较器221、222输出的掩蔽信号TPA、BTA的至少一个为H电平的期间，向电源配线280输出再生电力，另一方面，在掩蔽信号TPA、BTA两者为L电平的期间禁止电力的再生。
由以上说明可以知道，可以使用再生控制部200和整流电路250来回收再生电力。此外，再生控制部200和整流电路250根据A相线圈用的掩蔽信号MSKA和B相线圈用的掩蔽信号MSKB，来限制回收来自A相线圈列14A和B相线圈列24B的再生电力的期间，由此可以调节再生电力的量。
如上所述，在本实施例的电动致动器中，由于没有设置磁性体制的铁芯，所以可以实现在再生时不产生所谓的抖动的顺畅稳定的工作。此外，由于没有设置用于构成磁回路的磁轭，所以能够使所谓的铁损(涡电流损失)极少，高效率地回收再生电力。
另外，第4实施例的驱动电路单元也可以适用于第1实施例以外的其它实施例或变形例的电动致动器。
F.其它的变形例
(1)在上述实施例或变形例中对旋转式电动机进行了说明，但是本发明还可应用于旋转式电动机以外的各种电动致动器，例如可以应用于直线电动机。在将本发明应用于直线电动机时，例如只要至少设置1个磁铁列的磁铁即可。另外，本发明不仅限于致动器，还可以应用于发电机。
(2)在上述实施例中，多个线圈列构成定子、磁铁列构成转子，但是也可以是相反的结构。一般地，本发明可以应用于多个线圈列和磁铁列的相对位置可变化的致动器或发电机。
(3)上述实施例或变形例中使用的电路结构只是一个例子，还可以采用这些以外的各种电路结构。
产业上的可利用性
本发明可以应用于旋转式电动机或直线电动机等的各种电动致动器以及发电机。

Claims (10)

1.一种电动机器，其特征在于，
具有：第1线圈列，其包含沿预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈；
第2线圈列，其包含沿所述预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈，并且与所述第1线圈列的相对位置关系是固定的；以及
磁铁列，其包含至少一个磁铁，与所述第1和第2线圈列相向地交替配置N极和S极，并且可以沿所述预定方向改变与所述第1和第2线圈列的相对位置关系，
所述第1和第2线圈列配置在电角相互偏移π/2的奇数倍的位置处，
所述第1和第2线圈列的各线圈实质上不具有磁性体制的铁芯，
所述电动机器实质上不具有用于形成磁回路的磁性体制的磁轭，
还具备驱动信号生成电路，其用于提供向所述第1线圈列提供的第1交流驱动信号和向所述第2线圈列提供的第2交流驱动信号，
所述驱动信号生成电路生成所述第1和第2交流驱动信号，使得在所述磁铁列内的磁铁的中心和各线圈的中心相向的时刻，切换所述第1和第2线圈列的各线圈的极性，并且在属于同一线圈列的相邻线圈之间的中央位置与所述磁铁列内的磁铁的中心相向的时刻，该线圈列中的磁通密度最大，
所述驱动信号生成电路具有：第1和第2 PWM电路，其分别生成相位相互偏移π/2的第1和第2 PWM信号；
掩蔽电路，其根据所述电动机器的输出请求掩蔽所述第1和第2PWM信号，来生成所述第1和第2交流驱动信号，
所述掩蔽电路在以各交流驱动信号的极性反转的时刻为中心对称的时间范围内，掩蔽各PWM信号。
2.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，
还具备壳体，其收纳所述第1和第2线圈列以及所述磁铁列，
所述第1和第2线圈列的各线圈缠绕在支持部件的周围，所述支持部件由实质上非磁性且非导电性的材料构成，
所述壳体由实质上非磁性且非导电性的材料构成。
3.根据权利要求1或2所述的电动机器，其特征在于，
旋转轴和轴承部以外的结构部件由实质上非磁性且非导电性的材料构成。
4.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，
相互连接各线圈列的所述多个线圈，使得属于同一个线圈列的相邻线圈之间始终被励磁成相反的极性。
5.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，
所述第1和第2线圈列配置在夹着所述磁铁列的两侧。
6.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，
所述电动机器是所述第1和第2线圈列以及所述磁铁列沿所述预定方向相对旋转的旋转式电动机或者旋转式发电机，
所述第1线圈列的线圈数量、所述第2线圈列的线圈数量和所述磁铁列的磁铁数量相等。
7.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，
所述驱动信号生成电路可以通过反转所述第1和第2线圈列的电流方向，使所述第1和第2线圈列以及所述磁铁列的工作方向反转。
8.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，
还具有再生电路，其用于从所述第1和第2线圈列再生电力，
所述驱动信号生成电路和所述再生电路能够按照由所述第1和第2线圈列中的一方产生驱动力同时由另一方再生电力的运转模式来运转所述电动机器。
9.根据权利要求1所述的电动机器，其特征在于，
所述第1和第2线圈列配置在构成中空的二重圆筒结构的第1和第2圆筒部件上，
所述磁铁列配置在插入于所述第1和第2圆筒部件之间的第3圆筒部件上。
10.一种电动机器，其特征在于，
具有：第1线圈列，其包含沿预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈；
第2线圈列，其包含沿所述预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈，并且与所述第1线圈列的相对位置关系是固定的；
第3线圈列，其包含沿所述预定方向以预定间距配置的相互电连接的多个线圈，并且与所述第1和第2线圈列的相对位置关系是固定的；以及
磁铁列，其包含至少一个磁铁，与所述第1、第2和第3线圈列相向地交替配置N极和S极，并且可以沿所述预定方向改变与所述第1、第2和第3线圈列的相对位置关系，
所述第1、第2和第3线圈列配置在电角顺次相互偏移2π/3的位置处，
所述第1、第2和第3线圈列的各线圈实质上不具有磁性体制的铁芯，
所述电动机器实质上不具有用于形成磁回路的磁性体制的磁轭，
还具备驱动信号生成电路，其用于提供向所述第1线圈列提供的第1交流驱动信号、向所述第2线圈列提供的第2交流驱动信号以及向所述第3线圈列提供的第3交流驱动信号，
所述驱动信号生成电路生成所述第1、第2和第3交流驱动信号，使得在所述磁铁列内的磁铁的中心和各线圈的中心相向的时刻，切换所述第1、第2和第3线圈列的各线圈的极性，并且在属于同一线圈列的相邻线圈之间的中央位置与所述磁铁列内的磁铁的中心相向的时刻，该线圈列中的磁通密度最大，
所述驱动信号生成电路具有：第1、第2和第3 PWM电路，它们分别生成相位相互偏移2π/3的第1、第2和第3 PWM信号；
掩蔽电路，其根据所述电动机器的输出请求掩蔽所述第1、第2和第3 PWM信号，来生成所述第1、第2和第3交流驱动信号，
所述掩蔽电路在以各交流驱动信号的极性反转的时刻为中心对称的时间范围内，掩蔽各PWM信号。
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