JP2006101602A - 電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータの磁極数やステータに巻回された巻線の相数を増加させることなく、ロータの最小回転角（ステップ角）を小さくするようにした電動モータを提供する。
【解決手段】第１のステータと第２のステータの計２個のステータを備えると共に、第１のステータと第２のステータに形成される磁極の位置が所定角度（α）ずつずれるように、第１のステータと第２のステータをロータの回転方向（Ｎ極とＳ極の配列方向）に所定角度（α）ずつずらして配置する。
【選択図】図８

Description

この発明は電動モータに関し、より具体的には、ステータの配置に特徴を有する電動モータに関する。

近年、車両に搭載された内燃機関のスロットルバルブを電動モータで開閉するようにした電子スロットル装置が普及しつつある。スロットルバルブの開閉に用いられる電動モータとしては、例えば特許文献１に記載される技術が提案されている。特許文献１に記載される電動モータにあっては、３相ブラシレスモータのステータに突設された極歯（ポール）に、ホール素子などの磁極センサをロータの回転方向に対して進角させて配置することで、巻線に通電される電流の立ち上がり遅れを解消して発生トルクの低下を防止するように構成している。
特開平１０−１８４４０１号公報

ところで、ブラシレスモータの最小回転角（ステップ角。即ち、ロータが停止可能な角度の間隔）は、ロータに形成された磁極数とステータに巻回された巻線の相数に依存する。具体的には、ロータの磁極数やステータに巻回された巻線の相数が増加するに従い、最小回転角は小さくなる。

上記したようなスロットルバルブの開閉に用いられる電動モータにあっては、スロットル開度を細緻に調整できるように、最小回転角がより小さいことが望まれる。しかしながら、ロータの磁極数を増加させるのは、着磁技術の点から限界がある。また、巻線の相数も、実用上３相程度であることが望ましく、それ以上の増加は困難である。

尚、ロータの直径を大きくすれば、同一の着磁技術でも磁極数を増加させることができるが、ロータの直径を大きくすると重量の増加に伴ってイナーシャが増大するため、応答性が低下するという不具合が生じる。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、ロータの磁極数やステータに巻回された巻線の相数を増加させることなく、ロータの最小回転角を小さくするようにした電動モータを提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、磁極が形成されたロータと、巻線が巻回されたステータとを備える電動モータにおいて、前記ステータを複数個備えると共に、前記複数個のステータが、前記ロータの回転方向に所定角度ずつずれるように配置される如く構成した。

また、請求項２にあっては、２ｐ極（ｐは１以上の整数）の磁極が形成されたロータと、ｍ相（ｍは１以上の整数）の巻線が巻回されたステータとを備えるｍ相ブラシレス型の電動モータにおいて、前記ステータをｎ個（ｎは２以上の整数）備えると共に、前記ｎ個のステータが、前記ロータの回転方向に３６０／（２ｐ×ｍ×ｎ）で定義される所定角度ずつずれるように配置される如く構成した。

また、請求項３にあっては、前記ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線の通電タイミングが、各ステータで相違させられる如く構成した。

また、請求項４にあっては、前記ロータの回転角に応じた信号を前記所定角度ごとに出力する角度センサを備えると共に、前記ｎ個の巻線は、前記角度センサから前記ロータが前記所定角度回転したことを示す信号が出力されるごとに順次通電される如く構成した。

また、請求項５にあっては、前記ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線の通電タイミングが、全てのステータで一致させられる如く構成した。

また、請求項６にあっては、前記ロータが内燃機関のスロットル装置に設けられたスロットルバルブのシャフトに減速機を介して接続され、よって前記シャフトを回転させて前記スロットルバルブを開閉する如く構成した。

請求項１にあっては、磁極が形成されたロータと、巻線が巻回されたステータとを備える電動モータにおいて、ステータを複数個備えると共に、前記複数個のステータが、ロータの回転方向に所定角度ずつずれるように配置される如く構成した、別言すれば、各ステータに形成される磁極の位置を所定角度ずつずらすように構成したので、ロータの磁極数やステータに巻回された巻線の相数を増加させることなく、ロータの最小回転角を小さくすることができる。

また、請求項２にあっては、２ｐ極（ｐは１以上の整数）の磁極が形成されたロータと、ｍ相（ｍは１以上の整数）の巻線が巻回されたステータとを備えるｍ相ブラシレス型の電動モータにおいて、前記ステータをｎ個（ｎは２以上の整数）備えると共に、前記ｎ個のステータが、前記ロータの回転方向に３６０／（２ｐ×ｍ×ｎ）で定義される所定角度ずつずれるように配置される如く構成した、別言すれば、各ステータに形成される磁極の位置を所定角度ずつずらすように構成したので、ロータの磁極数やステータに巻回された巻線の相数を増加させることなく、ロータの最小回転角を小さくすることができる。

また、請求項３にあっては、ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線の通電タイミングが、各ステータで相違させられる如く構成したので、請求項２で述べたように、ロータの磁極数やステータに巻回された巻線の相数を増加させることなく、ロータの最小回転角を小さくすることができる。

また、請求項４にあっては、ロータの回転角に応じた信号を所定角度ごとに出力する角度センサを備えると共に、ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線は、前記角度センサから前記ロータが前記所定角度回転したことを示す信号が出力されるごとに順次通電される如く構成したので、請求項２で述べたように、ロータの磁極数やステータに巻回された巻線の相数を増加させることなく、ロータの最小回転角を小さくすることができる。

また、請求項５にあっては、ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線の通電タイミングが、全てのステータで一致させられる如く構成したので、上記した効果に加え、必要に応じてロータの回転トルクを増大させることができる。

また、請求項６にあっては、電動モータのロータが内燃機関のスロットル装置に設けられたスロットルバルブのシャフトに減速機を介して接続され、よって前記シャフトを回転させて前記スロットルバルブを開閉する如く構成したので、最小回転角がより小さいことが望まれるスロットルバルブの開閉用のアクチュエータとして好適に使用することができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る電動モータの最良の実施の形態について説明する。

図１はこの発明の第１実施例に係る電動モータを示す分解斜視図である。また、図２は、図１に示す電動モータを側面視して表す断面図である。

図１および図２において、符号１０は電動モータを示す。電動モータ１０は、ロータ１２と、複数個、具体的には２個のステータ１４，１６とを備える。以下、符号１４で示すステータを「第１のステータ」と呼び、符号１６で示すステータを「第２のステータ」と呼ぶ。

ロータ１２は円筒状のロータベース２０を有し、その外周面にはＮ極とＳ極の磁極２２が交互に複数個形成（着磁）される。具体的には、ロータ１２の極対数ｐは３０とされ、よってロータ１２の磁極の数は６０個（２×３０＝６０）とされる。磁極２２は、例えばネオジウム系やサマリウム・コバルト系などの希土類磁石、あるいはフェライト系の永久磁石からなる。

ロータベース２０の中心部には、出力軸２４が取り付けられる。また、ロータ１２の外方には、それを取り囲むように第１のステータ１４と第２のステータ１６が配置される。即ち、電動モータ１０は、ステータの内部にロータが収容されたインナーロータ型の電動モータである。

図３は、第１のステータ１４の平面図である。

第１のステータ１４は、例えばケイ素鋼板を複数枚積層し、図３に示すようなリング状に形成される。

第１のステータ１４の内周面には複数個、具体的には４５個の極歯（ポール）２６が放射状に突設される（図１では極歯２６の図示は省略した）。これにより、第１のステータ１４には、４５個のスロットが形成される。極歯２６は、図示の如く、ロータ１２の外周面に形成された磁極２２と所定の間隙を有して対向させられる。尚、図において極歯２６に付されている括弧付きの番号は、極歯２６の通し番号（１から４５まで）である。

図４は、図３に示す第１のステータ１４のうち、Ａで表す部位の拡大図である。

図４に示すように、極歯２６には絶縁粉体塗装２８が施されると共に、巻線３０が巻回される。尚、絶縁粉体塗装２８と巻線３０は断面で示す。巻線３０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の３相からなり、各相を形成するコイルはそれぞれスター（Ｙ）結線によって接続される。

上記したように、極歯２６は４５個であるため、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相が１５組形成される。図５に、巻線３０の相の種類とその通し番号を示す。具体的には、巻線３０に付されている括弧付きの番号のうち、Ｕ，Ｖ，Ｗが相の種類を示し、それに続く１から１５までの数字が各相の通し番号を示す。

次いで、第２のステータ１６について説明する。図６および図７は、第２のステータ１６の平面図である。

第２のステータ１６の構造は、第１のステータ１４と同一である。即ち、第２のステータ１６は、図６および図７に示すように、例えばケイ素鋼板を複数枚積層してリング状に形成され、その内周面には複数個、具体的には４５個の極歯３６（１）〜３６（４５）が放射状に突設される。これにより、第２のステータ１６には、４５個のスロットが形成される。極歯３６（１）〜３６（４５）は、ロータ１２の磁極２２と所定の間隙を有して対向させられると共に、絶縁粉体塗装（図示せず）を介して３相の巻線４０（Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，・・・，Ｕ１５，Ｖ１５，Ｗ１５）が巻回される。

尚、図１および図２において符号４２はセンサ設置板であり、その上部には６個のホール素子４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ，４４ｆが配置される。各ホール素子４４ａ，・・・，４４ｆは、センサ設置板の上部において、ロータ１２の外周（円周）と同程度の直径を有する円周上に配置される。より詳しくは、ホール素子４４ａの配置位置を円周上において零度としたとき、ホール素子４４ｂは紙面右回りに６１［度］、ホール素子４４ｃは１２２［度］、ホール素子４４ｄは１８３度、ホール素子４４ｅは２４４度、ホール素子４４ｆは３０５度の位置に配置される。あるいは、６個のホール素子４４ａ，・・・，４４ｆの全てを、１［度］間隔で配置しても良い。即ち、６個のホール素子４４ａ，・・・，４４ｆは、それぞれ１度ずつ位相がずらされて配置される。各ホール素子４４ａ，・・・，４４ｆは、ロータ１２に形成された磁極２２の極性（Ｎ極あるいはＳ極）に応じた信号をそれぞれ出力する。

上記したように、ロータ１２の外周面には磁極２２が６０個形成されることから、磁極１個あたりの角度は６［度］（３６０［度］／６０）となる。従って、上述の角度で配置された６個のホール素子４４ａ，・・・，４４ｆの出力に基づき、ロータ１２の回転角を１［度］ごとに検出することができる。

例えば、６個のホール素子の全てがＮ極を示す信号を出力している状態からロータ１２が紙面右回りに１［度］回転すると、ホール素子４４ａの出力はＳ極に転じる。さらにロータ１２が右回りに１［度］回転すると、ホール素子４４ｂの出力もＳ極に転じる。即ち、各ホール素子の出力の組み合わせにより、ロータ１２の回転角を１［度］単位で検出することが可能となる。このように、ホール素子４４ａ，・・・，４４ｆは、ロータ１２の回転角に応じた信号を１［度］（後述する所定角度αに相当する角度）ごとに出力する角度センサとして機能する。

そして、ホール素子４４ａ，・・・，４４ｆによって検出されたロータ１２の回転角に基づいて巻線３０，４０の各相に順次通電することで、回転磁界を発生させ、よってロータ１２を回転させる。このように、電動モータ１０は、６０極４５スロットの、３相ブラシレス型の電動モータである。

図８は、電動モータ１０の一部を表すリニア展開説明図である。尚、図８において、磁極および各相の配列方向の目盛りは、機械角１［度］を表す。

図８に示すように、第１のステータ１４と第２のステータ１６は、ロータ１２の回転方向（Ｎ極とＳ極の配列方向）に所定角度αずつずれるように配置される。具体的には、巻線３０と巻線４０に通電したときに生じる磁極の位置が、第１のステータ１４と第２のステータ１６で所定角度αずつずれる（互い違いになる）ように、極歯２６と極歯３６の位置をロータ１２の回転方向に所定角度αずつずらして各ステータ１４，１６が配置される。

上記した所定角度αは、巻線の相数をｍ相（ｍは１以上の整数）、ステータの数をｎ個（ｎは２以上の整数）としたとき、下記の式１によって定義される。
α＝３６０／（２ｐ×ｍ×ｎ）［度］ ・・・式１
尚、上式でｐは前述した極対数である。また、単位の［度］は、機械角である。

この実施例に係る電動モータ１０にあっては、６０極（ｐ＝３０）の３相ブラシレスモータであり、第１のステータ１４と第２のステータ１６の計２個のステータを備えていることから、所定角度αは、
α＝３６０／（２×３０×３×２）＝１［度］
に設定される。

ここで、電動モータの最小回転角（ステップ角。即ち、ロータが停止可能な角度の間隔）θｍｉｎは、一般に下記の式２によって定義される。
θｍｉｎ＝３６０／（２ｐ×ｍ）［度］ ・・・式２

従って、第１のステータ１４に巻回された巻線３０あるいは第２のステータ１６に巻回された巻線４０のいずれか一方に連続して通電したときのロータ１２の最小回転角θｍｉｎは、
θｍｉｎ＝３６０／（２×３０×３）＝２［度］
となる。上の各式から明らかなように、ステータ１４，１６のずれ角たる所定角度αは、巻線３０と巻線４０の一方に連続して通電したときの最小回転角θｍｉｎを、ステータの個数で除した値に設定される。

図９は、巻線３０と巻線４０の各相への通電タイミングを表すタイムチャートである。各巻線３０，４０には、図９に示す「Ｈｉｇｈ」出力の相から「Ｌｏｗ」出力の相へと通電され、「０」出力の相には通電されないものとする。また、図１０は、電動モータ１０の一部を表す、図８と同様なリニア展開説明図である。以下、図８から図１０を参照し、電動モータ１０の回転動作について説明する。

先ず、図９に示すように、通電タイミングｔ１において、第１のステータ１４のＵ相（巻線３０（Ｕ１）〜３０（Ｕ１５））からＶ相（巻線３０（Ｖ１）〜３０（Ｖ１５））に通電する。このとき、第２のステータ１６の巻線４０には通電しない。これにより、ロータ１２のＳ極が、Ｎ極に磁化された第１のステータ１４のＵ相に吸引されると共に、ロータ１２のＮ極が、Ｓ極に磁化された第１のステータ１４のＶ相に吸引され、よってロータ１２が図８に示す位置まで回転する。具体的には、ロータ１２に形成された磁極２２の境界（Ｓ極とＮ極の境界）が、第１のステータ１４に形成されたＮ極とＳ極の境界と一致する位置まで、ロータ１２が回転させられる。

次いで、通電タイミングｔ２において、第２のステータ１６のＵ相（巻線４０（Ｕ１）〜４０（Ｕ１５））からＶ相（巻線４０（Ｖ１）〜４０（Ｖ１５））に通電する。このとき、第１のステータ１４の巻線３０には通電しない。これにより、ロータ１２のＳ極が第２のステータ１６のＵ相に吸引されると共に、Ｎ極が第２のステータ１６のＶ相に吸引され、よってロータ１２が図１０のｔ２で示す位置まで回転する。

前述したように、第１のステータ１４と第２のステータ１６は、巻線３０と巻線４０に通電したときに生じる磁極の位置が互い違いになるように、ロータ１２の回転方向に所定角度αずつずらして配置される。この所定角度αは、この実施例に係る電動モータ１０では１［度］に設定されることから、ロータ１２が１回転する間に第１のステータ１４の磁極によって停止可能な角度を２ｘ［度］（「２」は第１のステータ１４に連続して通電したときの最小回転角θｍｉｎ。「ｘ」は０から１８０の整数）とすると、ロータ１２が１回転する間に第２のロータ１６の磁極によって停止可能な角度は２ｘ＋１（あるいは２ｘ−１）［度］となる。

従って、巻線３０と巻線４０を順次通電する（交互に通電する）ことで、ロータ１２は１［度］だけ回転させられる。即ち、電動モータ１０の最小回転角θｍｉｎは、所定角度αと同一の１［度］となる。

電動モータ１０の回転動作の説明を続けると、次いで通電タイミングｔ３において、第１のステータ１４のＵ相（巻線３０（Ｕ１）〜３０（Ｕ１５））からＷ相（巻線３０（Ｗ１）〜３０（Ｗ１５））に通電する。これにより、ロータ１２のＳ極が第１のステータ１４のＵ相に吸引されると共に、Ｎ極が第１のステータ１４のＷ相に吸引され、よってロータ１２が図１０のｔ３で示す位置まで（即ち、ｔ２の位置から１［度］だけ）回転する。

次いで通電タイミングｔ４において、通電タイミングｔ３における第１のステータ１４への通電パターンと同じ通電パターンで第２のステータ１６に通電する。これにより、ロータ１２のＳ極が第２のステータ１６のＵ相に吸引されると共に、Ｎ極が第２のステータ１６のＷ相に吸引され、よってロータ１２が図１０のｔ４で示す位置まで（即ち、ｔ３の位置から１［度］だけ）回転する。

次いで通電タイミングｔ５において、第１のステータ１４のＶ相（巻線３０（Ｖ１）〜３０（Ｖ１５））からＷ相（巻線３０（Ｗ１）〜３０（Ｗ１５））に通電する。これにより、ロータ１２のＳ極が第１のステータ１４のＶ相に吸引されると共に、Ｎ極が第１のステータ１４のＷ相に吸引され、よってロータ１２が図１０のｔ５で示す位置まで（即ち、ｔ４の位置から１［度］だけ）回転する。

さらに、通電タイミングｔ６において、通電タイミングｔ５における第１のステータ１４への通電パターンと同じ通電パターンで第２のステータ１６に通電する。これにより、ロータ１２のＳ極が第２のステータ１６のＶ相に吸引されると共に、Ｎ極が第２のステータ１６のＷ相に吸引され、よってロータ１２が図１０のｔ６で示す位置まで（即ち、ｔ５の位置から１［度］だけ）回転する。

上記した通電タイミングｔ１からｔ６までの間に、ロータ１２は計６［度］回転する。ロータ１２に形成された磁極２２の１極あたりの角度は６［度］であることから、通電タイミングｔ１からｔ６までの間にロータ１２は１極分回転したことになる。従って、続く通電タイミングｔ７からｔ１２（図９タイムチャートに示す）では、各ステータ１４，１６に対する磁極２２の極性が通電タイミングｔ１からｔ６のときのそれと逆になる。そのため、ロータ１２をさらに回転させるには、通電タイミングｔ７からｔ１２において、通電タイミングｔ１からｔ６の通電パターンと逆向きの通電を行えば良い。例えば、図９タイムチャートに示す如く、通電タイミングｔ１，ｔ２ではＵ相からＶ相に通電していたのに対し、通電タイミングｔ７，ｔ８では、Ｖ相からＵ相に通電すれば良い。

また、ロータ１２を逆回転させるときは、通電タイミングｔ１からｔ１２で示した通電パターンを逆順にすれば良い。即ち、ｔ１２からｔ１の順序で各巻線３０，４０に通電すれば良い。

このように、この実施例に係る電動モータ１０にあっては、ｎ個（２個）のステータを備えると共に、それらに形成される磁極の位置が所定角度αずつずれるように、各ステータをロータ１２の回転方向に所定角度αずつずらして配置するようにした。そして、ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線の通電タイミングを、各ステータで相違させる、具体的には、ｎ個の巻線を順次通電させるようにした。これにより、ロータ１２の最小回転角θｍｉｎを、ｎ個の巻線のいずれか一つに連続して通電したときの値よりも小さな値（具体的には、所定角度αと同一の値）に設定することができる。尚、通電する巻線は、６個のホール素子４４ａ，・・・，４４ｆによってロータ１２が所定角度α回転したことが検出されるごとに順次切り替えられる。即ち、ホール素子からロータ１２が所定角度α回転したことを示す信号が出力されるごとに、ｎ個の巻線が順次通電される。

次いで、図１１および図１２を参照し、電動モータ１０の回転動作についてさらに説明する。図１１は、巻線３０と巻線４０の各相への通電タイミングを表す、図９と同様なタイムチャートである。また、図１２は、電動モータ１０の一部を表す、図８と同様なリニア展開説明図である。

図８から図１０の説明では、ｎ個の巻線の通電タイミングを各ステータで相違させるようにしたが、ｎ個の巻線の通電タイミングを全てのステータで一致させることも可能である。即ち、第１のステータ１４に巻回された巻線３０と第２のステータ１６に巻回された巻線４０の両方に、同時に同一の通電パターンで通電することも可能である。

例えば、図１１に示すように、通電タイミングｔ１において、第１のステータ１４のＵ相（巻線３０（Ｕ１）〜３０（Ｕ１５））からＶ相（巻線３０（Ｖ１）〜３０（Ｖ１５））に通電すると同時に、第２のステータ１６のＵ相（巻線４０（Ｕ１）〜４０（Ｕ１５））からＶ相（巻線４０（Ｖ１）〜４０（Ｖ１５））に通電すると、ロータ１２のＳ極が第１のステータ１４と第２のステータ１６のＵ相に吸引され、Ｎ極が第１のステータ１４と第２のステータ１６のＶ相に吸引される。

これにより、ロータ１２に形成された磁極２２の境界（Ｓ極とＮ極の境界）が、第１のステータ１４に形成されたＮ極とＳ極の境界と、第２のステータ１６に形成されたＮ極とＳ極の境界との中間位置（角）でバランスし、よってロータ１２は、図１２のｔ１で示す位置まで回転する。以下、この中間位置を「バランスポイント」と呼ぶ。

次いで、通電タイミングｔ２において、第１のステータ１４のＵ相（巻線３０（Ｕ１）〜３０（Ｕ（１５））からＷ相（巻線３０（Ｗ１）〜３０（Ｗ（１５））に通電すると共に、第２のステータ１６のＵ相（巻線４０（Ｕ１）〜４０（Ｕ（１５））からＷ相（巻線４０（Ｗ１）〜４０（Ｗ（１５））に通電する。これにより、ロータ１２のＳ極が第１のステータ１４と第２のステータ１６のＵ相に吸引されると共に、Ｎ極が第１のステータ１４と第２のステータ１６のＷ相に吸引され、よってロータ１２は図１２のｔ２で示すバランスポイントまで回転する。

２個の巻線３０，４０に同時に通電することは、巻線３０と巻線４０の双方に連続して通電するのと同義である。従って、上記したバランスポイントは、巻線３０，４０の一方に連続して通電したときと同様に、２［度］ずつ変化する。即ち、２個の巻線３０，４０の通電タイミングを一致させた場合、ロータ１２の最小回転角θｍｉｎは２［度］となる。

次いで、通電タイミングｔ３において、第１のステータ１４のＶ相（巻線３０（Ｖ１）〜３０（Ｖ１５））からＷ相（巻線３０（Ｗ１）〜３０（Ｗ１５））に通電すると共に、第２のステータ１６のＶ相（巻線４０（Ｖ１）〜４０（Ｖ１５））からＷ相（巻線４０（Ｗ１）〜４０（Ｗ（１５））に通電する。これにより、ロータ１２のＳ極が第１のステータ１４と第２のステータ１６のＶ相に吸引されると共に、Ｎ極が第１のステータ１４と第２のステータ１６のＷ相に吸引され、よってロータ１２は図１２のｔ３で示すバランスポイントに向けて２［度］回転する。これは、通電タイミングｔ４以降（図１１に示す）でも同様である。

このように、２個の巻線３０，４０に同時に通電した場合、最小回転角θｍｉｎは大きくなるが、ロータ１２が各ステータ１４，１６に形成された２つの磁極に同時に吸引されることから、ロータ１２の回転トルク（電動モータ１０の出力トルク）を増大させることができる。具体的には、２個の巻線３０，４０に交互に通電したときの２倍の回転トルクを得ることができる。

尚、図８から図１２で示す通電タイミングｔ１，ｔ２，・・・，ｔ１２とは、通電の順序を表すものであり、時間的な長さを意味するものではない。従って、例えば巻線３０と巻線４０を交互に通電した場合、ロータ１２を２［度］回転させるのに２ステップ必要であるのに対し、巻線３０，４０に同時に通電した場合は１ステップで良いが、それは交互通電したときの回転速度が同時通電したときの１／２になることを意味するものではない。

次いで、図１３を参照し、この実施例に係る電動モータ１０の適用例について説明する。図１３は、電動モータ１０を内燃機関のスロットル装置に装着して示す断面図である。

図１３において、符号５０は内燃機関のスロットル装置（スロットルボディ）を示す。スロットル装置５０には吸気通路を開閉するスロットルバルブ５２が設けられると共に、上記した電動モータ１０や減速機（減速ギヤ）５４などが一体的に装着される。

電動モータ１０の２個のステータ１４，１６とセンサ設置板４２は、スロットル装置５０に固定される。一方、ロータ１２は、出力軸２４を介してスロットル装置５０に回転自在に支持される。また、ロータ１２は、出力軸２４と減速機５４を介してスロットルバルブ５２のシャフト５６に接続される。即ち、ロータ１２が回転することによってシャフト５６が回転し、よってスロットルバルブ５２が開閉される。このように、スロットル装置５０は、スロットルバルブ５２が車両運転席床面に配置されたアクセルペダル（図示せず）と機械的に切り離された、いわゆるＤＢＷ（Drive By Wire）とされる。

ここで、減速機５４の減速比は、２０に設定される。上述した如く、電動モータ１０の最小回転角θｍｉｎは１［度］であることから、この実施例に係るスロットル装置５０にあっては、スロットル開度を０．０５［度］（１［度］／２０）単位で調整することができる。

スロットル装置５０には、さらに、電動モータ１０の駆動を制御する電子回路基板６０が装着される。電子回路基板６０には、シャフト５６の回転角、即ち、スロットルバルブ５２の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサやＣＰＵ（中央処理装置）、駆動回路など、電動モータ１０を駆動するのに必要な電子部品群（いずれも図示せず）が搭載される。

前記したＣＰＵは、スロットル開度センサの出力やスロットル装置５０の外部に配置されたその他の図示しないセンサ群の出力などに基づいて目標スロットル開度を設定すると共に、設定した目標スロットル開度に応じた電流を駆動回路を介して電動モータ１０の各ステータ１４，１６に巻回された巻線３０，４０に交互に通電することで、スロットル開度を０．０５［度］単位で調整する。

また、前述したように、２個の巻線３０，４０に同時に通電した場合、交互に通電したときの２倍の回転トルクを得ることができる。従って、スロットル開度の変化量が大きいときは巻線３０，４０に同時に通電し、大きな回転トルクで目標スロットル開度付近まで速やかに到達させた後、交互通電に切り替えて０．０５［度］単位で細緻に調整することも可能である。さらに、エンジン始動時にスロットルバルブ５２の凍結が考えられる（例えば、外気温センサ（図示せず）の出力値が所定値以下である）場合、スロットルバルブ５２の駆動開始時に巻線３０，４０に同時に通電して大きな回転トルクを発生させ、スロットルバルブ５２を動作させて凍結を解消した後、交互通電に切り替えることも可能である。

このように、この発明の第１実施例に係る電動モータ１０においては、第１のステータ１４と第２のステータ１６の計２個のステータを備えると共に、それらに形成される磁極の位置が所定角度αずつずれる（互い違いとなる）ように、２個のステータ１４，１６をロータ１２の回転方向に３６０／（磁極数×相数×ステータの個数）で定義される所定角度αずつずらして配置するようにした。

そして、２個のステータ１４，１６のそれぞれに巻回された２個の巻線３０，４０の通電タイミングを、各ステータ１４，１６で相違させる、より詳しくは、６個のホール素子４４ａ，・・・，４４ｆからロータ１２が所定角度α回転したことを示す信号が出力されるごとに、２個の巻線３０，４０を順次（交互に）通電するようにしたので、ロータ１２の磁極数や巻線３０，４０の相数を増加させることなく、ロータ１２の最小回転角θｍｉｎを小さくする（具体的には、所定角度αと同一の値に設定する）ことができる。

また、２個の巻線３０，４０の通電タイミングを、全てのステータ１４，１６で一致させることも可能としたので、必要に応じてロータ１２の回転トルク（電動モータ１０の出力トルク）を増大させることができる。

また、電動モータ１０を内燃機関のスロットル装置５０に適用する、具体的には、ロータ１２がスロットル装置５０に設けられたスロットルバルブ５２のシャフト５６に減速機５４を介して接続され、よって前記シャフト５６を回転させて前記スロットルバルブ５２を開閉するようにしたので、最小回転角がより小さいことが望まれるスロットルバルブの開閉用のアクチュエータとして好適に使用することができる。

以上の如く、この発明の第１実施例にあっては、磁極（２２）が形成されたロータ（１２）と、巻線が巻回されたステータとを備える電動モータにおいて、前記ステータを複数個（第１のステータ１４と第２のステータ１６の計２個）備えると共に、前記複数個のステータ（１４，１６）が、前記ロータ（１２）の回転方向に所定角度（α）ずつずれるように配置される如く構成した。

具体的には、６０極の磁極（２２）が形成されたロータ（１２）と、３相の巻線が巻回されたステータとを備える３相ブラシレス型の電動モータにおいて、前記ステータを２個備えると共に、前記２個のステータ（第１のステータ１４と第２のステータ１６）が、前記ロータ（１２）の回転方向に３６０／（磁極数×相数×ステータの個数）で定義される所定角度（α）ずつずれるように配置される如く構成した。

また、前記２個のステータ（１４，１６）のそれぞれに巻回された２個の巻線（３０，４０）の通電タイミングが、各ステータ（１４，１６）で相違させられる如く構成した。

具体的には、前記ロータ（１２）の回転角に応じた信号を前記所定角度（α）ごとに出力する角度センサ（６個のホール素子４４ａ，・・・，４４ｆ）を備えると共に、前記２個の巻線（３０，４０）は、前記角度センサ（４４ａ，・・・，４４ｆ）から前記ロータ（１２）が前記所定角度（α）回転したことを示す信号が出力されるごとに順次通電される如く構成した。

また、前記２個のステータ（１４，１６）のそれぞれに巻回された２個の巻線（３０，４０）の通電タイミングが、全てのステータ（１４，１６）で一致させられる如く構成した。

また、前記ロータ（１２）が内燃機関のスロットル装置（５０）に設けられたスロットルバルブ（５２）のシャフト（５６）に減速機（５４）を介して接続され、よって前記シャフト（５６）を回転させて前記スロットルバルブ（５２）を開閉する如く構成した。

尚、上記において、ロータ１２の磁極数を６０極、即ち、極対数ｐを３０としたが、他の数であっても良い。また、巻線３０，４０の相数ｍを３相としたが、２相や４相などであっても良い。また、ステータの個数ｎを第１のステータ１４と第２のステータ１６の計２個としたが、３個以上設けても良い。さらに、各ステータ１４，１６のスロット数（極歯２６，３６の数）を４５としたが、他の数（例えば９０）であっても良い。

また、電動モータ１０をブラシレスモータとしたが、この発明はステッピングモータなどにも適用可能である。また、電動モータ１０をインナーロータ型としたが、アウターロータ型であっても良い。

また、ロータ１２の回転角を検出する角度センサとして６個のホール素子４４ａ，・・・，４４ｆを用いたが、ロータリエンコーダやレゾルバなど、他のセンサを使用しても良い。

また、電動モータ１０を内燃機関のスロットル装置５０に適用した場合を例示したが、この発明に係る電動モータ１０の適用先はそれに限られるものではない。

この発明の第１実施例に係る電動モータを示す分解斜視図である。 図１に示す電動モータを側面視して表す断面図である。 図１に示す第１のステータの平面図である。 図３に示す第１のステータのうち、Ａで表す部位の拡大図である。 図１に示す第１のステータの平面図である。 図１に示す第２のステータの平面図である。 同様に、図１に示す第２のステータの平面図である。 図１に示す電動モータの一部を表すリニア展開説明図である。 図２に示す２個の巻線の各相への通電タイミングを表すタイムチャートである。 図１に示す電動モータの一部を表す、図８と同様なリニア展開説明図である。 図２に示す２個の巻線の各相への通電タイミングを表す、図９と同様なタイムチャートである。 図１に示す電動モータの一部を表す、図８と同様なリニア展開説明図である。 図１に示す電動モータを内燃機関のスロットル装置に装着して示す断面図である。

符号の説明

１０ 電動モータ
１２ ロータ
１４ 第１のステータ
１６ 第２のステータ
２２ 磁極
３０ 巻線
４０ 巻線
４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，４４ｅ，４４ｆ ホール素子（角度センサ）
５０ スロットル装置
５２ スロットルバルブ
５４ 減速機
５６ スロットルバルブのシャフト

Claims (6)

1. 磁極が形成されたロータと、巻線が巻回されたステータとを備える電動モータにおいて、前記ステータを複数個備えると共に、前記複数個のステータが、前記ロータの回転方向に所定角度ずつずれるように配置されることを特徴とする電動モータ。
2. ２ｐ極（ｐは１以上の整数）の磁極が形成されたロータと、ｍ相（ｍは１以上の整数）の巻線が巻回されたステータとを備えるｍ相ブラシレス型の電動モータにおいて、前記ステータをｎ個（ｎは２以上の整数）備えると共に、前記ｎ個のステータが、前記ロータの回転方向に
   ３６０／（２ｐ×ｍ×ｎ）
   で定義される所定角度ずつずれるように配置されることを特徴とする電動モータ。
3. 前記ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線の通電タイミングが、各ステータで相違させられることを特徴とする請求項２記載の電動モータ。
4. 前記ロータの回転角に応じた信号を前記所定角度ごとに出力する角度センサを備えると共に、前記ｎ個の巻線は、前記角度センサから前記ロータが前記所定角度回転したことを示す信号が出力されるごとに順次通電されることを特徴とする請求項３記載の電動モータ。
5. 前記ｎ個のステータのそれぞれに巻回されたｎ個の巻線の通電タイミングが、全てのステータで一致させられることを特徴とする請求項２記載の電動モータ。
6. 前記ロータが内燃機関のスロットル装置に設けられたスロットルバルブのシャフトに減速機を介して接続され、よって前記シャフトを回転させて前記スロットルバルブを開閉することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電動モータ。

Images