KR101045620B1 - 전동기 - Google Patents

Abstract

효율을 높일 수 있는 전동기를 제공한다. 전동기(1)는, 모두 둘레 방향으로 나열된 복수의 제1 전자석(4a), 전기자(5a), 제2 전자석(6a), 제1 코어(7a) 및 제2 코어(8a)를 각각 갖는 제1∼제3 스테이터(4∼6), 제1 로터(7) 및 제2 로터(8)를 구비하고 있다. 전기자(5a)의 제1 전기자 자극의 극성이, 그것에 대향하는 제1 전자석(4a)의 제1 자극의 극성과 상이할 때에는, 전기자(5a)의 제2 전기자 자극의 극성이, 그것에 대향하는 제2 전자석(6a)의 제2 자극의 극성과 동일해진다. 또, 제1 자극과 제1 전기자 자극 사이에, 제1 코어(7a)가 위치하고 있을 때에는, 제2 코어(8a)가 둘레 방향으로 인접하는 2조의 제2 전기자 자극 및 제2 자극 사이에 위치한다.

전동기

Description

전동기{MOTOR}

본 발명은 2개 이상의 회전자 또는 고정자를 갖는 전동기에 관한 것이다.

종래의 전동기로서, 예를 들어 특허문헌 1에 개시된 것이 알려져 있다. 이 전동기는, 내측 로터, 스테이터 및 외측 로터를 갖고 있다. 내측 로터는, 직경 방향으로 약간 연장되는 복수의 영구 자석을 둘레 방향에 배치한 원주형의 것이고, 스테이터는, 복수의 전기자를 둘레 방향에 배치하여 수지 몰드로 고정한 원통형의 것이다. 외측 로터는, 복수의 링을 적층한 코어에 코일을 감는 것에 의해 원통형으로 형성되어 있고, 이 코일에는 전력이 공급되지 않게 되어 있다. 또, 내측 로터, 스테이터 및 외측 로터는, 내측으로부터 순서대로 설치되어, 상대적으로 회전가능하게 되어 있다.

이상의 구성의 전동기에서는, 스테이터에 전력을 공급하여 회전 자계를 발생시키면, 내측 로터의 영구 자석의 자극이 스테이터의 자극에 대해 흡인ㆍ반발함으로써, 내측 로터가 회전 자계에 동기하여 회전하고, 외측 로터가 전자 유도 작용에 의해 회전 자계에 동기하지 않고 회전한다.

상기와 같이, 이 종래의 전동기는, 외측 로터를 전자 유도 작용에 의해 회전시키므로, 동기기가 아니라 유도기로서 기능하기 때문에, 높은 효율을 얻을 수 없 다. 또, 외측 로터를 전자 유도 작용에 의해 회전시키기 때문에, 외측 로터의 코일에 발생하는 유도 전류 및 외측 로터의 코어에 발생하는 와전류에 의해 외측 로터가 발열되기 때문에, 외측 로터를 냉각시켜야 한다. 또한, 외측 로터가 스테이터의 둘레를 덮도록 배치되어 있기 때문에, 외부에 대한 전동기의 부착 부분의 면적을 충분히 얻을 수 없어 전동기의 부착을 강고하게 행할 수 없고, 또 그 구성상 강도가 낮은 수지 등의 비자성체(약자성체)에 의해 전기자를 고정해야 한다. 이상에 의해, 상기 종래의 전동기는 높은 내구성를 얻을 수 없어, 예를 들어 차량의 구동용으로서 사용했을 때, 구동륜으로부터의 큰 토크 반력이나 고회전ㆍ고출력을 견딜 수 없다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 효율을 높일 수 있는 전동기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 평 11-341757 호 공보

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 따른 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)는, 제1 소정 방향으로 나열된 복수의 제1 전기자[실시형태에서의 전기자(5a, 24a)(이하, 본 항에서 동일)]로 구성되고, 전력의 공급에 따라 복수의 제1 전기자에 발생하는 자극에 의해, 제1 소정 방향을 따라 이동하는 제1 이동 자계를 발생시키는 제1 전기자열(電機子列)(제2 스테이터(5), 스테이터(24))이 설치된 제1 부재(케이스(2), 케이스(31))와, 제1 소정 방향으로 나열된 복수의 제1 자극(제1 전자석(4a, 4e), 제1 영구 자석(4g, 23a))으로 구성되고, 인접하는 각 2개의 제1 자극이 서로 다른 극성을 가지며 제1 전기자열(電機子列)에 대향하도록 배치된 제1 자극열(제1 스테이터(4), 제1 로터(23), 자석 로터(64))이 설치된 제2 부재(케이스(2), 제1 축(21), 케이스(31), 제1 축(62))와, 서로 소정 간격으로 제1 소정 방향으로 나열된 복수의 제1 연자성체(제1 코어(7a, 25a))로 구성되고, 제1 전기자열과 제1 자극열 사이에 배치된 제1 연자성체열(제1 로터(7), 제2 로터(25), 제1 이동자(32))이 설치된 제3 부재[축(3), 제2 축(22), 가동판(34), 축(41a), 제2 축(63)]와, 제2 소정 방향으로 나열된 복수의 제2 전기자(전기자(5a, 24a))로 구성되고, 전력의 공급에 따라 복수의 제2 전기자에 발생하는 자극에 의해, 제2 소정 방향을 따라 이동하는 제2 이동 자계를 발생시키는 제2 전기자열(제2 스테이터(5), 스테이터(24))이 설치된 제4 부재(케이스(2), 케이스(31))와, 제2 소정 방향으로 나열된 복수의 제2 자극[제2 전자석(6a, 6e), 제2 영구 자석(6g, 23b)]으로 구성되고, 인접하는 각 2개의 제2 자극이 서로 다른 극성을 가지며 제2 전기자열에 대향하도록 배치된 제2 자극열(제3 스테이터(6), 제1 로터(23), 자석 로터(74))가 설치되고, 제2 부재에 연결된 제5 부재(케이스(2), 제1 축(21), 케이스(31), 제1 축(72))와, 서로 소정의 간격으로 제2 소정 방향으로 나열된 복수의 제2 연자성체(제2 코어(8a, 25b))로 구성되고, 제2 전기자열과 제2 자극열 사이에 배치된 제2 연자성체열(제2 로터(8), 제2 로터(25), 제2 이동자(33))이 설치되고, 제3 부재에 연결된 제6 부재(축(3), 제2 축(22), 가동판(34), 축(42a), 제2 축(73))를 구비하고, 제1 전기자의 각 자극 및 각 제1 자극이 서로 대향하는 제1 대향 위치에 있을 때에는, 제2 전기자의 각 자극 및 각 제2 자극이 서로 대향하는 제2 대향 위치에 위치하고, 제1 대향 위치에 위치하는 제1 전기자의 각 자극 및 각 제1 자극이 서로 다른 극성일 때에는, 제2 대향 위치에 위치하는 제2 전기자의 각 자극 및 각 제2 자극이 서로 동일 극성을 나타내고, 제1 대향 위치에 위치하는 제1 전기자의 각 자극 및 각 제1 자극이 서로 동일 극성일 때에는, 제2 대향 위치에 위치하는 제2 전기자의 각 자극 및 각 제2 자극이 서로 다른 극성을 나타내고, 제1 전기자의 각 자극 및 각 제1 자극이 제1 대향 위치에 있는 경우에 있어서, 각 제1 연자성체가 제1 전기자의 자극 및 제1 자극의 사이에 위치할 때에는, 각 제2 연자성체가 제2 소정 방향으로 인접하는 2조의 제2 전기자의 자극 및 제2 자극의 사이에 위치하고, 각 제2 연자성체가 제2 전기자의 자극 및 제2 자극의 사이에 위치할 때에는, 각 제1 연자성체가 제1 소정 방향으로 인접하는 2조의 제1 전기자의 자극 및 제1 자극의 사이에 위치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 전동기에 의하면, 서로 대향하는 제1 부재의 제1 전기자열 및 제2 부재의 제1 자극열의 사이에 제3 부재의 제1 연자성체열이 배치되어 있고, 제1 전기자열, 제1 자극열 및 제1 연자성체열을 각각 구성하는 복수의 제1 전기자, 제1 자극 및 제1 연자성체는 제1 소정 방향으로 나열되어 있다. 또, 인접하는 각 2개의 제1 연자성체 사이에는 소정의 간격을 두고 있다. 또한, 서로 대향하는 제4 부재의 제2 전기자열 및 제5 부재의 제2 자극열의 사이에 제6 부재의 제2 연자성체열이 배치되어 있고, 제2 전기자열, 제2 자극열 및 제2 연자성체열을 각각 구성하는 복수의 제2 전기자, 제2 자극 및 제2 연자성체는 제2 소정 방향으로 나열되어 있다. 또, 인접하는 각 2개의 제2 연자성체 사이에는 소정의 간격을 두고 있다. 또한, 제2 부재 및 제5 부재와, 제3 부재 및 제6 부재는, 서로 연결되어 있다.

상기와 같이, 제1 연자성체열이 제1 전기자열과 제1 자극열의 사이에 배치되어 있기 때문에, 각 제1 연자성체는, 제1 전기자에서 발생하는 자극(이하 「제1 전기자 자극」이라 함)과 제1 자극에 의해 자화된다. 이와 같이 각 제1 연자성체가 자화되는 것과, 인접하는 각 2개의 제1 연자성체의 사이에 간격을 두고 있는 것에 의해, 제1 전기자 자극, 제1 연자성체 및 제1 자극의 사이에 자력선(이하 「제1 자력선」이라 함)이 발생한다. 마찬가지로, 제2 연자성체열이 제2 전기자열과 제2 자극열의 사이에 배치되어 있기 때문에, 각 제2 연자성체는, 제2 전기자에서 발생하는 자극(이하 「제2 전기자 자극」이라 함) 및 제2 자극에 의해 자화된다. 이와 같이, 각 제2 연자성체가 자화되는 것과, 인접하는 각 2개의 제2 연자성체의 사이에 간격을 두고 있는 것에 의해, 제2 전기자 자극, 제2 연자성체 및 제2 자극의 사이에 자력선(이하 「제2 자력선」이라 함)이 발생한다.

우선, 제1, 제2, 제4 및 제5 부재를 이동불가능하게, 또한 제3 및 제6 부재를 이동가능하게 구성한 경우에 관해 설명한다. 제1 및 제2 이동 자계의 발생시, 제1 대향 위치에 있는 각 제1 전기자 자극 및 각 제1 자극이 서로 다른 극성을 나타내고 있는 상태로, 각 제1 연자성체가 제1 전기자 자극과 제1 자극의 사이에 위치하고 있을 때에는, 제1 자력선은, 그 길이가 최단이 되고, 그 총자속량이 최다가 된다. 또, 이 상태에서는, 제2 대향 위치에 위치하는 각 제2 전기자 자극 및 각 제2 자극이 서로 동일 극성을 나타내고, 각 제2 연자성체가, 제2 소정 방향으로 인접하는 2조의 제2 전기자 자극 및 제2 자극의 사이에 위치한다. 이 상태에서는, 제2 자력선은, 그 굴곡 정도가 크고, 길이가 가장 길게 되고, 총자속량이 최소가 된다.

일반적으로, 극성이 서로 다른 2개의 자극 사이에 연자성체가 개재됨으로써 자력선이 구부러지면, 이들 연자성체 및 2개의 자극에는 자력선의 길이가 짧아지도록 자력이 작용하고, 이 자력은, 자력선의 굴곡 정도가 클수록, 또 자력선의 총자속량이 많을수록 더욱 커지는 특성을 갖고 있다. 이 때문에, 제1 자력선의 굴곡 정도가 클수록, 또 그 총자속량이 많을수록, 제1 연자성체에는 더욱 큰 자력이 작용한다. 즉, 제1 연자성체에 작용하는 자력(이하 「제1 자력」이라 함)은, 제1 자력선의 굴곡 정도 및 그 총자속량에 따른 크기가 되는 특성을 갖고 있다. 이것은, 제2 연자성체에 작용하는 자력에도 동일하게 적용된다. 제2 연자성체에 작용하는 자력을, 이하 「제2 자력」이라 한다.

이 때문에, 상술한 바와 같이, 서로 다른 극성의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 각 제1 연자성체가 위치하고 있는 상태로부터, 제1 이동 자계가 제1 소정 방향으로 이동하기 시작하면, 총자속량이 많은 상태의 제1 자력선이 굴곡되기 시작하기 때문에, 비교적 강한 제1 자력이 제1 연자성체에 작용한다. 이에 따라, 제3 부재가 제1 이동 자계의 이동 방향으로 큰 구동력으로 구동된다. 또, 제1 이동 자계가 이동하는 것과 동시에, 제2 이동 자계가 제2 소정 방향으로 이동함에 따라, 각 제2 전기자 자극은, 동일 극성의 제2 자극과 대향하는 제2 대향 위치로부터, 이 동일 극성의 각 제2 자극에 인접하는 다른 극성의 각 제2 자극측에 위치한다. 이 상태에서는, 제2 자력선의 굴곡 정도는 크지만 그 총자속량이 적기 때문에, 비교적 약한 제2 자력이 제2 연자성체에 작용한다. 이에 따라, 제6 부재가 제2 이동 자계의 이동 방향으로 작은 구동력으로 구동된다.

그리고, 제1 이동 자계가 더 이동하면, 제1 자력선의 굴곡 정도는 증대되지만, 제1 전기자 자극과 이것과 다른 극성의 제1 자극과의 사이의 거리가 길어짐에 따라, 제1 자력선의 총자속량이 적어지는 결과, 제1 자력이 약해지고 제3 부재에 작용하는 구동력이 작아진다. 그리고, 각 제1 전기자 자극이 이것과 동일 극성의 각 제1 자극에 대향하는 제1 대향 위치에 위치하면, 각 제1 연자성체가, 제1 소정 방향으로 인접하는 2조의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 위치하게 됨으로써, 제1 자력선의 굴곡 정도는 크지만 총자속량이 최소가 되어, 그 결과, 제1 자력이 가장 약하게 되고 제3 부재에 작용하는 구동력이 최소가 된다.

또, 상기와 같이 제1 이동 자계가 이동하는 것과 동시에, 제2 이동 자계가 이동함에 따라, 각 제2 전기자 자극은, 동일 극성의 각 제2 자극과 대향하는 제2 대향 위치로부터, 이 동일 극성의 각 제2 자극에 인접하는 다른 극성의 각 제2 자극측에 위치한다. 이 상태에서는, 제2 자력선의 굴곡 정도는 작아지지만 그 총자속량이 많아지는 결과, 제2 자력이 강해지고 제6 부재에 작용하는 구동력이 증대된다. 그리고, 각 제2 전기자 자극이 이것과 다른 극성의 각 제2 자극에 대향하는 제2 대향 위치에 위치하면, 제2 자력선의 총자속량이 가장 많아지고, 각 제2 연자성체가 제2 전기자 자극에 대해 약간 지연된 상태로 이동함으로써, 제2 자력선에 굴곡이 생긴다. 이와 같이, 총자속량이 가장 많은 제2 자력선에 굴곡이 생김으로써, 제2 자력이 가장 강하게 되고 제6 부재에 작용하는 구동력이 최대가 된다.

또, 상기와 같이 제3 부재에 작용하는 구동력이 거의 최소이고 제6 부재에 작용하는 구동력이 거의 최대인 상태로부터, 제1 이동 자계가 더 이동하면, 제1 자력선의 굴곡 정도는 작아지지만 그 총자속량이 많아지는 결과, 제1 자력이 강해지고 제3 부재에 작용하는 구동력이 증대된다. 그리고, 각 제1 전기자 자극이 이것과 다른 극성의 각 제1 자극에 대향하는 제1 대향 위치에 위치하면, 제1 자력선의 총자속량이 가장 많아지고, 각 제1 연자성체가 제1 전기자 자극에 대해 약간 지연된 상태로 이동함으로써, 제1 자력선에 굴곡이 생긴다. 이와 같이, 총자속량이 가장 많은 제1 자력선에 굴곡이 생김으로써, 제1 자력이 가장 강하게 되고 제3 부재에 작용하는 구동력이 최대가 된다.

또한, 상기와 같은 제1 이동 자계의 이동과 동시에, 제2 이동 자계가 이동함에 따라, 각 제2 전기자 자극은, 이것과 다른 극성의 각 제2 자극과 대향하는 제2 대향 위치로부터, 이 다른 극성의 각 제2 자극에 인접하는 동일 극성의 각 제2 자극측에 위치한다. 이 상태에서는, 제2 자력선의 굴곡 정도는 커지지만 그 총자속량이 적어지는 결과, 제2 자력이 더욱 약해지고 제6 부재에 작용하는 구동력이 더욱 작아진다. 그리고, 각 제2 전기자 자극이 동일 극성의 각 제2 자극에 대향하는 제2 대향 위치에 위치하면, 각 제2 연자성체가 제2 소정 방향으로 인접하는 2조의 제2 전기자 자극 및 제2 자극의 사이에 위치하게 됨으로써, 제2 자력선의 굴곡 정도는 크지만 그 총자속량이 최소가 되는 결과, 제2 자력이 가장 약하게 되고 제6 부재에 작용하는 구동력이 최소가 된다.

이상과 같이, 제1 및 제2 이동 자계의 이동에 따라, 제3 부재에 작용하는 구동력과 제6 부재에 작용하는 구동력이, 교대로 커지거나 작아지거나 하는 상태를 반복하면서 제3 및 제6 부재가 구동된다. 제3 및 제6 부재에는, 그와 같이 구동력이 작용하지만, 제3 및 제6 부재는 서로 연결되어 있기 때문에, 양자로부터 실제로 출력되는 동력은, 양자에 작용하는 구동력을 서로 합한 것이 되어 거의 일정해진다.

다음으로, 제1, 제3, 제4 및 제6 부재를 이동불가능하게, 또한 제2 및 제5 부재를 이동가능하게 구성한 경우에 관해 설명한다. 제1 및 제2 이동 자계의 발생시, 제1 대향 위치에 위치하는 각 제1 전기자 자극 및 각 제1 자극이 서로 동일 극성을 나타내고, 각 제1 연자성체가, 제1 소정 방향으로 인접하는 2조의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 위치하고 있을 때에는, 서로 다른 극성의 각 제2 전기자 자극 및 각 제2 자극이 제2 대향 위치에 위치하고, 각 제2 연자성체가 제2 전기자 자극과 제2 자극의 사이에 위치한다.

이 상태로부터, 제1 이동 자계가 이동을 시작함에 따라, 각 제1 전기자 자극은, 이것과 동일 극성의 각 제1 자극과 대향하는 제1 대향 위치로부터 멀어지고, 인접하는 2조의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 위치하는 제1 연자성체에 가까워진다. 그 결과, 제1 전기자 자극과, 이것과 다른 극성의 제1 자극과의 사이의 거리가 짧아짐에 따라, 제1 연자성체와 제1 자극 사이의 제1 자력선은, 총자속량이 많아지고, 굴곡 정도가 비교적 큰 상태가 된다. 그 결과, 제1 자극에, 이것을 제1 연자성체측에 가까워지는 비교적 강한 자력이 작용함으로써, 제2 부재가 제1 이동 자계의 이동 방향과 역방향으로 구동되고, 제2 부재에 연결된 제5 부재가 그것에 연동하여 구동된다.

그리고, 제1 전기자 자극이 제1 연자성체에 더욱 가까워짐에 따라, 제1 자극도 제1 연자성체에 더욱 가까워지도록 구동되고, 그 결과, 제1 전기자 자극은, 제1 연자성체를 사이에 두고 다른 극성의 제1 자극과 대향하는 제1 대향 위치에 위치한다. 이 상태에서는, 상술한 바와 같이, 제2 전기자 자극이 동일 극성의 제2 자극에 대향하는 제2 대향 위치에 위치하고, 각 제2 연자성체가, 제2 소정 방향으로 인접하는 2조의 제2 전기자 자극 및 제2 자극의 사이에 위치하게 된다.

이 상태로부터, 제1 이동 자계가 이동함에 따라 제2 이동 자계가 이동하면, 각 제2 전기자 자극은, 이것과 동일 극성의 각 제2 자극과 대향하는 제2 대향 위치로부터, 2조의 제2 전기자 자극 및 제2 자극의 사이에 위치하는 제2 연자성체에 가까워진다. 그 결과, 각 제2 전기자 자극과 이것과 다른 극성의 각 제2 자극과의 사이의 거리가 짧아짐에 따라, 제2 연자성체와 제2 자극 사이의 제2 자력선은, 총자속량이 많아지고, 굴곡 정도가 비교적 큰 상태가 된다. 그 결과, 제2 자극에, 이것을 제2 연자성체측에 가까워지게 하는 비교적 강한 자력이 작용함으로써, 제5 부재가 제2 이동 자계의 이동 방향과 역방향으로 구동되고, 그것에 연동하여 제2 부재가 구동된다.

그리고, 제2 전기자 자극이 제2 연자성체에 더욱 가까워짐에 따라, 제2 자극도 제2 연자성체에 더욱 가까워지도록 구동되고, 그 결과, 제2 전기자 자극은, 제2 연자성체를 사이에 두고 다른 극성의 각 제2 자극과 대향하는 제2 대향 위치에 위치한다. 이 상태에서는, 상술한 바와 같이, 제1 전기자 자극이 동일 극성의 제1 자극에 대향하는 제1 대향 위치에 위치하고, 각 제1 연자성체가, 제1 소정 방향으로 인접하는 2조의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 위치하게 된다.

이상과 같이, 제1 및 제2 이동 자계의 이동에 따라 제2 및 제5 부재에 교대로 구동력이 작용하고, 이에 따라 제2 및 제5 부재가 구동된다. 이와 같이, 제2 및 제5 부재에는 교대로 구동력이 작용하지만, 제2 및 제5 부재는 서로 연결되어 있기 때문에, 양자로부터 실제로 출력되는 동력은 양자에 작용하는 구동력을 서로 합한 것이 되어 거의 일정해진다.

이상과 같이, 제2 및 제5 부재를 구동하는 경우 및 상술한 제3 및 제6 부재를 구동하는 경우의 두 경우 모두, 제2 및 제5 부재 또는 제3 및 제6 부재의 위치에 따라 제1 및 제2 연자성체의 자화의 상태가 변하여, 미끄럼 발생없이 구동하는 것이 가능하고, 상술한 종래의 전동기와 달리 동기기로서 기능하기 때문에, 효율을 높일 수 있다.

또, 제1 및 제4 부재만을 이동불가능하게 구성하고, 제3 부재와 제6 부재 및 제2 부재와 제5 부재 중 하나에 동력을 입력한 상태로 제1 및 제2 이동 자계를 발생시킨 경우에도, 상술한 제1 및 제2 자력선에 기인하는 자력에 의해 이들 중 다른하나를 구동하여 동력을 출력할 수도 있다. 또한, 제1∼제6 부재 모두를 이동가능하게 구성하고, 제1 및 제4 부재에 동력을 입력하고, 제3 부재와 제6 부재 및 제2 부재와 제5 부재 중 하나에 동력을 입력한 상태로, 제1 및 제2 이동 자계를 발생시킨 경우에도, 제1 및 제2 자력선에 기인하는 자력의 작용에 의해, 이들 중 다른 하나를 구동하여 동력을 출력할 수도 있다. 또, 이들 어느 경우라도, 제2 및 제5 부재와 제3 및 제6 부재의 상대 위치에 따라 제1 및 제2 연자성체의 자화의 상태가 변하여, 미끄럼 발생없이 구동하는 것이 가능하고, 동기기로서 기능하기 때문에, 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 명세서에서, 이동 자계는 회전 자계를 포함하는 것으로 한다. 또, 「제1 전기자 자극(제2 전기자 자극) 및 제1 자극(제2 자극)이 서로 대향하는 위치에 있다」에는, 양자의 중심이 제1 소정 방향(제2 소정 방향)에서 완전히 동일한 위치에 있는 것에 한정되지 않고, 약간 어긋난 위치에 있는 것도 포함된다.

청구항 2에 따른 발명은, 청구항 1에 기재된 전동기(20, 30, 60, 100)에 있어서, 제1 및 제4 부재(케이스(2))가 이동불가능하게, 제2 및 제3 부재[제1 축(21), 제2 축(22), 제1 축(62), 제2 축(63)]와 제5 및 제6 부재[제1 축(21), 제2 축(22), 제1 축(72), 제2 축(73)]가 이동가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제1 및 제2 전기자가 이동불가능하게 구성되어 있기 때문에, 예를 들어 이들 전기자를 회전가능하게 구성한 경우와 달리, 제1 및 제2 전기자에 대한 전력 공급용 슬립링이 불필요해진다. 따라서, 그만큼 전동기를 소형화할 수 있고, 슬립링 및 브러시의 접촉 저항에 의한 발열이 발생하지 않아, 효율을 더욱 높일 수 있다.

청구항 3에 따른 발명은, 청구항 1에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 제1, 제2, 제4 및 제5 부재[케이스(2), 케이스(31)] 모두가 이동불가능하게, 제3 및 제6 부재[축(3), 가동판(34), 축(41a), 축(42a)]가 이동가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제3 및 제6 부재 즉, 제1 및 제2 연자성체를 구동하기 때문에, 비교적 강도가 낮은 영구 자석을 구동하는 경우에 비해 내구성을 향상시킬 수 있다.

청구항 4에 따른 발명은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 제1 및 제2 자극은 영구 자석의 자극[제1 영구 자석(4g, 23a), 제2 영구 자석(6g, 23b)]으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제1 및 제2 자극으로서 영구 자석의 자극을 사용하기 때문에, 이들의 자극으로서 전자석의 자극을 사용한 경우와 달리, 전자석에 전력을 공급하기 위한 전기 회로나 코일이 불필요해진다. 이에 따라, 전동기를 소형화할 수 있고, 구성을 단순화할 수 있다. 또, 예를 들어, 제2 및 제5 부재를 회전가능하게 구성한 경우에 있어서, 제1 및 제2 자극으로서 전자석의 자극을 사용한 경우와 달리, 전자석에 대한 전력 공급용의 슬립링이 불필요해져, 그만큼 전동기를 소형화할 수 있고, 효율을 한층 더 높일 수 있다.

청구항 5에 따른 발명은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 제1 및 제2 자극은 전자석의 자극[제1 전자석(4a), 제2 전자석(6a)]으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

일반적으로, 계자용으로 영구 자석을 사용하는 경우, 큰 출력을 얻기 위해서는, 매우 큰 자력을 갖는 영구 자석이 필요하다. 또, 그와 같은 영구 자석을 사용하는 경우에는, 영구 자석이 다른 부품과 접촉하지 않도록, 영구 자석의 흡인력에 대항하여 각 부품간의 위치 관계를 유지하면서 전동기를 조립해야 하므로, 그 조립 작업이 매우 번거롭다. 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 자극으로서 전자석의 자극을 사용한다. 따라서, 전자석에 대한 통전을 정지함으로써, 전자석의 자력이 거의 0 값의 상태로 그 조립을 행할 수 있기 때문에, 상술한 부품간의 접촉 방지 작업을 행하지 않고도 조립 작업을 용이하게 행할 수 있다. 또, 제1 및 제2 전기자에 전력을 공급하지 않고서 동력을 입력함으로써 제3 및 제6 부재를 구동할 때, 제1 및 제2 자극으로서 영구 자석의 자극을 사용한 경우와 달리, 전자석에 대한 통전을 정지함으로써, 제1 및 제2 자극의 자력에 기인하는 손실의 발생을 방지할 수 있다.

또, 제1 및 제2 전기자에 전력을 공급하지 않고서 큰 동력이 제3 및 제6 부재에 입력됨으로써, 제1 및 제2 연자성체가 제1 및 제2 전기자에 대해 각각 이동한 경우에는, 제1 및 제2 전기자에 큰 유도 기전력이 발생하여, 제1 및 제2 전기자나 이들에 접속된 전기 회로 등이 손상될 우려가 있다. 또, 이들 제1 및 제2 전기자에서의 유도 기전력은, 제1 및 제2 연자성체의 자력이 강할수록 더욱 크고, 제1 및 제2 연자성체의 자력의 강도는 각각, 제1 및 제2 연자성체가 각각 제1 및 제2 자극의 영향에 의해 자화되기 때문에, 제1 및 제2 자극의 자력이 강할수록 더욱 강해진다. 따라서, 상술한 바와 같이 큰 동력이 제3 및 제6 부재에 입력된 경우에, 전자석에 대한 통전을 정지하여, 제1 및 제2 자극의 자력을 거의 0 값으로 제어함으로써, 제1 및 제2 전기자에 큰 유도 기전력이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, 제1 및 제2 전기자나 이들에 접속된 전기 회로 등의 손상을 방지할 수 있다.

청구항 6에 따른 발명은, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 제1 및 제2 자극은 전자석[제1 전자석(4e), 제2 전자석(6e)]의 자극으로 구성되어 있고, 전자석은 철심(4b, 6b)과 이 철심(4b, 6b)을 자화시킬 수 있는 영구 자석(4f, 6f)을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 철심과 이 철심을 자화시킬 수 있는 영구 자석을 갖는 전자석의 자극을 제1 및 제2 자극으로서 사용하기 때문에, 전자석의 코일의 단선이나 전자석에 대한 전력 공급용 전기 회로의 고장이 발생한 경우에도, 영구 자석의 자력에 의해 전동기의 동력을 확보할 수 있다. 또, 비교적 작은 자력의 영구 자석을 사용하더라도, 전자석의 코일의 자력에 의해 보충하여 계자를 적절히 행할 수 있기 때문에, 그와 같은 영구 자석을 사용함으로써, 상술한 부품간의 접촉 방지 작업을 행하지 않고도 조립 작업을 용이하게 행할 수 있다.

청구항 7에 따른 발명은, 청구항 5 또는 6에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 전자석의 자력을 조정하는 자력 조정 수단(ECU(17))을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

제1 연자성체 및 제2 연자성체가 제1 전기자 및 제2 전기자에 대해 각각 이동하면, 상술한 바와 같이 제1 및 제2 전기자에 유도 기전력이 발생한다. 이 때의 제1 전기자의 유도 기전력은, 제1 자극의 자력이 강할수록, 또 제1 연자성체의 이동 속도가 높을수록 더욱 커지고, 제2 전기자의 유도 기전력은, 제2 자극의 자력이 강할수록, 또 제2 연자성체의 이동 속도가 높을수록 더욱 커진다.

일반적으로, 동력이 큰 전동기는 계자의 자력이 매우 강하기 때문에, 저부하시에 큰 동력을 필요로 하지 않는 경우에도, 큰 유도 기전력이 발생하여, 효율이 매우 낮다. 본 발명에 의하면, 제1 및 제2 자극의 자력을 조정한다. 이 때문에, 예를 들어, 고부하시에 큰 동력이 필요한 경우에는, 제1 및 제2 자극의 자력을 강하게 함으로써 상술한 제1 및 제2 자력선에 기인하는 자력을 강하게 할 수 있기 때문에, 동력을 충분히 얻을 수 있다. 또, 저부하시에 큰 동력을 필요로 하지 않는 경우에는, 제1 및 제2 자극의 자력을 저감함으로써 제1 및 제2 전기자에서의 유도 기전력을 저감할 수 있기 때문에, 효율을 높일 수 있다. 특히, 제3 및 제6 부재를 고속으로 구동하는 경우에는, 제1 및 제2 전기자에 매우 큰 유도 기전력이 발생하기 때문에, 통상 고속 구동을 가능하게 하고 유도 기전력을 저감하기 위해, 제1 및 제2 전기자에 계자를 약하게 하기 위한 전류(이하 「계자 약화 전류」라고 함)가 공급된다. 본 발명에 의하면, 상기와 같이, 제1 및 제2 전기자에서의 유도 기전력을 저감할 수 있기 때문에 계자 약화 전류를 저감하는 것이 가능해져, 고속 구동시의 효율도 높일 수 있다.

청구항 8에 따른 발명은, 청구항 1 내지 7 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 제1 및 제2 전기자열에 사용되는 권선으로서 3상의 계자 권선(코일(5c, 24c))을 사용하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제1 및 제2 전기자열용의 권선으로서 일반적인 3상의 계자 권선을 사용하기 때문에, 특별한 계자 권선의 준비없이 전동기를 용이하고 저렴하게 구성할 수 있다.

청구항 9에 따른 발명은, 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 100)에 있어서, 제1 및 제2 전기자열은 서로 공통인 단일 전기자열(제2 스테이터(5), 스테이터(24))에 의해 구성되고, 제1 및 제4 부재(케이스(2))는 서로 일체로 구성되고, 제2 및 제5 부재(케이스(2), 제1 축(21))는 서로 일체로 구성되고, 제3 및 제6 부재(축(3), 제2 축(22), 가동판(34))는 서로 일체로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제1 및 제2 전기자열을 서로 공통인 단일 전기자열로 구성하고, 제1 및 제4 부재, 제2 및 제5 부재, 제3 및 제6 부재를 각각 서로 일체로 구성한다. 따라서, 제1 및 제2 전기자열을 별개로 구성하고, 제1∼제6의 6개의 부재를 사용하는 경우에 비교 부품수를 삭감할 수 있고, 이에 따라, 제조 비용을 삭감할 수 있고, 전동기를 소형화할 수 있다.

청구항 10에 따른 발명은, 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 40, 60, 100)에 있어서, 제1 전기자의 자극, 제1 자극 및 제1 연자성체의 수는 서로 동일하게 설정되고, 제2 전기자의 자극, 제2 자극 및 제2 연자성체의 수는 서로 동일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제1 전기자 자극, 제1 자극 및 제1 연자성체의 수가 서로 동일하게 설정되어 있다. 이에 따라, 복수의 제1 전기자 자극, 제1 연자성체 및 제1 자극 모두 상술한 제1 자력선을 적절히 발생시킬 수 있다. 마찬가지로, 제2 전기자 자극, 제2 자극 및 제2 연자성체의 수가 서로 동일하게 설정되어 있기 때문에, 복수의 제2 전기자 자극, 제2 연자성체 및 제2 자극 모두 상술한 제2 자력선을 적절히 발생시킬 수 있다. 이상에 의해, 전동기의 동력을 충분히 얻을 수 있다.

청구항 11에 따른 발명은, 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 40, 60, 100)에 있어서, 전동기는 회전기인 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항에서 설명한 효과를, 회전기에서 얻을 수 있다.

청구항 12에 따른 발명은, 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 전동기(30, 100)에 있어서, 전동기는 리니어 모터인 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에서 설명한 효과를, 리니어 모터에서 얻을 수 있다.

청구항 13에 따른 발명은, 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60)에 있어서, 제1 부재, 제2 부재 및 제3 부재의 상대적인 위치 관계를 검출하는 제1 상대 위치 관계 검출 장치[회전 위치 센서(50), 제1 회전 위치 센서(50a), 제2 회전 위치 센서(50b), 위치 센서(50c), 제1 회전 위치 센서(50d), 제1 회전 위치 센서(91), 제2 회전 위치 센서(92), ECU(17)]와, 제4 부재, 제5 부재 및 제6 부재의 상대적인 위치 관계를 검출하는 제2 상대 위치 관계 검출 장치[회전 위치 센서(50), 제1 회전 위치 센서(50a), 제2 회전 위치 센서(50b), 위치 센서(50c), 제2 회전 위치 센서(50e), 제1 회전 위치 센서(91), 제2 회전 위치 센서(92), ECU(17)]와, 검출된 제1∼제3 부재의 상대적인 위치 관계 및 제4∼제6 부재의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는(도 4∼도 6, 도 15 및 도 16) 제어 장치(ECU(17))를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제1 상대 위치 관계 검출 장치에 의해 제1∼제3 부재의 3자의 상대적인 위치 관계가 검출되고, 제2 상대 위치 관계 검출 장치에 의해 제4∼제6 부재의 3자의 상대적인 위치 관계가 검출된다. 또, 검출된 제1∼제3 부재의 3자의 상대적인 위치 관계 및 제4∼제6 부재의 3자의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 제1 및 제2 이동 자계가 제어 장치에 의해 제어된다. 이에 따라, 상술한 제1 및 제2 자력선에 기인하는 자력을, 제1 및 제2 자극이나 제1 및 제2 연자성체에 적절히 작용시킬 수 있기 때문에, 전동기의 적절한 동작을 확보할 수 있다.

청구항 14에 따른 발명은, 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 제1 이동 자계, 제2 부재 및 제3 부재의 속도[자계 회전 속도(V0), 자계 전기각 속도(ωMF), 제1 축 회전 속도(V1), 제2 축 회전 속도(V2), 제1 로터 전기각 속도(ωe1), 제2 로터 전기각 속도(ωe2)]가 서로 공선(共線) 관계를 만족하고, 또한 제2 이동 자계, 제5 부재 및 제6 부재의 속도(자계 회전 속도(V0), 자계 전기각 속도(ωMF), 제1 축 회전 속도(V1), 제2 축 회전 속도(V2), 제1 로터 전기각 속도(ωe1), 제2 로터 전기각 속도(ωe2))가 서로 공선 관계를 만족하도록, 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 제어 장치(ECU(17))를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제어 장치에 의해, 제1 이동 자계, 제2 부재 및 제3 부재의 속도가 서로 공선 관계를 만족하고, 또한 제2 이동 자계, 제5 부재 및 제6 부재의 속도가 서로 공선 관계를 만족하도록, 제1 및 제2 이동 자계가 제어된다. 상술한 바와 같이, 제1 전기자 자극, 제1 연자성체 및 제1 자극의 사이의 제1 자력선에 기인하는 자력과, 제2 전기자 자극, 제2 연자성체 및 제2 자극의 사이의 제2 자력선에 기인하는 자력에 의해 각 부재가 구동되기 때문에, 전동기의 작동중, 제1 이동 자계, 제2 부재 및 제3 부재의 속도의 사이에 공선 관계가 성립하고, 제2 이동 자계, 제5 부재 및 제6 부재의 속도의 사이에 공선 관계가 성립한다. 따라서, 상기와 같이 이 공선 관계를 만족하도록 제1 및 제2 이동 자계를 제어함으로써, 전동기의 적절한 동작을 확보할 수 있다.

청구항 15에 따른 발명은, 청구항 1 내지 12 중 어느 한 항에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 제1 및 제4 부재는 서로 연결되어 있고, 제1 부재, 제2 부재 및 제3 부재의 상대적인 위치 관계 및 제4 부재, 제5 부재 및 제6 부재의 상대적인 위치 관계 중 하나를 검출하는 상대 위치 관계 검출 장치[제1 회전 위치 센서(105), 제2 회전 위치 센서(106), ECU(17)]와, 검출된 하나의 상대적인 위치 관계[제1 로터 전기각(θe1), 제2 로터 전기각(θe2)]에 기초하여, 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 제어 장치(ECU(17))를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

이 구성에 의하면, 제2 부재와 제5 부재 및 제3 부재와 제6 부재가 각각 서로 연결되어 있을 뿐만 아니라, 제1 부재와 제4 부재가 서로 연결되어 있다. 또, 상대 위치 관계 검출 장치에 의해, 제1∼제3 부재의 3자의 상대적인 위치 관계(이하 「제1 상대 위치 관계」라 함), 또는 제4∼제6 부재의 3자의 상대적인 위치 관계(이하 「제2 상대 위치 관계」라 함)가 검출된다. 또한, 검출된 제1 또는 제2 상대 위치 관계에 기초하여, 제1 및 제2 이동 자계가 제어 장치에 의해 제어된다. 본 발명에서는, 상기와 같이 각 부재가 연결되어 있기 때문에, 검출된 제1 상대 위치 관계 및 제2 상대 위치 관계 중 하나를 통해 다른 하나를 파악할 수 있다. 따라서, 청구항 13의 경우와 마찬가지로 전동기의 적절한 동작을 확보할 수 있다. 또, 상대 위치 관계 검출 장치가 단 하나이기 때문에, 제1 및 제2 상대 위치 관계 검출 장치를 사용하는 청구항 13의 경우에 비해 부품수를 삭감할 수 있고, 이에 따라, 제조 비용을 삭감할 수 있고, 전동기를 소형화할 수 있다.

청구항 16에 따른 발명은, 청구항 15에 기재된 전동기(1, 20, 30, 40, 60, 100)에 있어서, 상대 위치 관계 검출 장치는, 하나의 상대적인 위치 관계로서, 제1 부재에 대한 제2 및 제3 부재의 전기 각도 위치, 또는, 제4 부재에 대한 제5 및 제6 부재의 전기 각도 위치를 검출하고, 제어 장치는, 검출된 제3 또는 제6 부재의 전기 각도 위치(제2 로터 전기각(θe2))의 2배의 값과, 검출된 제2 또는 제5 부재의 전기 각도 위치(제1 로터 전기각(θe1))와의 편차에 기초하여, 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 것을 특징으로 한다.

예를 들어, 본 발명의 전동기를 다음 조건 (a)∼(c)하에 구성한 경우, 제1∼제3 부재에 해당하는 등가 회로는, 예를 들어 도 25와 같이 나타내고, 제4∼제6 부재에 해당하는 등가 회로는, 예를 들어 도 26와 같이 나타낸다.

(a) 전동기는 회전기이며, 제1 및 제2 전기자는 U상∼W상의 3상 코일이다.

(b) 제1 부재에 대한 제2 부재의 전기 각도 위치와 제4 부재에 대한 제5 부재의 전기 각도 위치는, 서로 전기각으로서 π 어긋나 있다.

(c) 제1 및 제2 연자성체의 전기 각도 위치는, 서로 전기각으로서 π/2 어긋나 있다.

이 경우에 있어서, 제1 및 제2 자극의 자력이 서로 같을 때에는, 전동기의 전압 방정식은 다음 식 (1)로 나타낸다. 또한, 그 상세한 것에 관해서는 후술한다.

여기서, Vu, Vv 및 Vw는 각각 U상∼W상의 코일의 전압이고, Ru, Rv 및 Rw는 각각 U상∼W상의 코일의 저항이고, Lu, Lv 및 Lw는 각각 U상∼W상의 코일의 자기 인덕턴스다. 또, Muv는 U상 코일과 V상 코일 사이의 상호 인덕턴스, Mvw는 V상 코일과 W상 코일 사이의 상호 인덕턴스, Mwu는 W상 코일과 U상 코일 사이의 상호 인덕턴스, s는 미분 연산자, 즉 d/dt이다. 또한, Iu, Iv, Iw는 각각 U상∼W상의 코일을 흐르는 전류이고, ΨFA는, 제1 연자성체를 통해 각 상의 코일을 통과하는 제1 자극의 자속의 최대값, 또는, 제2 연자성체를 통해 각 상의 코일을 통과하는 제2 자극의 자속의 최대값이다. 또, θE1은, 제1 부재에 대한 제2 부재의 전기 각도 위치, 또는, 제4 부재에 대한 제5 부재의 전기 각도 위치이고, θE2는, 제1 부재에 대한 제3 부재의 전기 각도 위치, 또는, 제4 부재에 대한 제6 부재의 전기 각도 위치이다(편의상, 도 25 및 도 26에서는, θE2을 제3 부재의 전기 각도 위치로서 나타낸다). 또한, ωE1은, θE1의 시간 미분값, 즉 제2 부재 또는 제5 부재의 전기각 속도이고, ωE2는, θE2의 시간 미분값, 즉 제3 부재 또는 제6 부재의 전기각 속도이다.

한편, 도 27은, 일반적인 1로터 타입의 브러시리스 DC 모터의 등가 회로를 나타내고 있다. 이 브러시리스 DC 모터의 전압 방정식은, 다음 식 (2)로 나타낸다.

여기서, Ψf는 각 상의 코일을 통과하는 로터의 자극의 자속의 최대값, θe는 스테이터에 대한 로터의 전기 각도 위치, ωe는 θe의 시간 미분값, 즉 전기각 속도이다.

이들 식 (1)과 식 (2)의 비교에서 분명한 바와 같이, 본 발명의 전동기의 전압 방정식은, (2θE2-θEl)을 θe로, (2ωE2-ωEl)를 ωe로 각각 치환하면, 일반적인 브러시리스 DC 모터의 전압 방정식과 동일해진다. 이 때문에, 본 발명의 전동기를 작동시키기 위해서는, 제1 및 제4 부재에 대한 제1 및 제2 이동 자계의 벡터의 각각의 전기 각도 위치를, (2θE2-θEl)로 나타내는 전기 각도 위치, 즉 제3 부재의 전기 각도 위치의 2배의 값과 제2 부재의 전기 각도 위치와의 편차, 또는, 제6 부재의 전기 각도 위치의 2배의 값과 제5 부재의 전기 각도 위치와의 편차로 나타내는 전기 각도 위치가 되도록 제어하면 되는 것을 알 수 있다. 또, 이것은 극수나 코일의 상수(相數)에 관계없이 성립하고, 청구항 12에 따른 발명과 같이 전동기를 리니어 모터로서 구성한 경우에도 동일하게 성립한다.

본 발명에 의하면, 제1 부재에 대한 제2 부재 및 제3 부재의 전기 각도 위치, 또는, 제4 부재에 대한 제5 부재 및 제6 부재의 전기 각도 위치를 검출한다. 또한, 제3 부재의 전기 각도 위치의 2배의 값과 제2 부재의 전기 각도 위치와의 편차, 또는, 제6 부재의 전기 각도 위치의 2배의 값과 제5 부재의 전기 각도 위치와의 편차에 기초하여, 제1 및 제2 이동 자계를 제어하기 때문에, 상술한 조건 (a)∼(c)하에서 전동기의 적절한 동작을 확보할 수 있다.

또한, 예를 들어, 전동기의 토크나 회전수를 제어하기 위해, 토크와 회전수와 전압과의 관계를 나타내는 맵을 제1∼제6 부재마다 실험에 의해 구하여, 그와 같은 맵에 따라 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 경우에는, 제1∼제6 부재마다 맵을 준비해야 하기 때문에, 그 제어가 매우 복잡해지고, 그 결과, 제어 장치의 메모리나 연산 부하의 증대 등과 같은 문제가 발생한다. 본 발명에 의하면, 상술한 전기 각도 위치의 편차로 나타내는 회전수에 관한 하나의 파라메터와 토크와 전압과의 관계를 나타내는 맵을 실험에 의해 구하여, 그와 같은 맵에 따라 제1 및 제2 이동 자계를 제어하면 되기 때문에, 상술한 경우와 달리, 제1∼제6 부재마다 맵을 준비할 필요가 없고 그 제어가 매우 용이하여, 제어 장치의 메모리의 삭감이나 연산 부하의 저감이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 전동기의 직경 방향을 따르는 단면도이다.

도 2는 도 1의 A-A 선의 위치에서 둘레 방향을 따라 파단한 단면의 일부를, 제1 및 제2 회전 자계의 발생시에 나타내는 전개도이다.

도 3은 도 1의 A-A 선의 위치에서 둘레 방향을 따라 파단한 단면의 일부를, 도 2와는 다른 제1 및 제2 회전 자계의 발생시에 나타내는 전개도이다.

도 4는 도 1의 전동기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 4에 이어지는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 도 1의 전동기의 동작중에 구성되는 자기 회로를 나타내는 도면이다.

도 7은 제1 구동력, 제2 구동력 및 축 토크의 관계를 모식적으로 나타내는 도면이다.

도 8은 서로 연결된 2개의 전동기의 직경 방향을 따르는 단면도이다.

도 9는 제1 실시형태의 제1 변형예에 의한 전동기의 직경 방향을 따르는 단면도이다.

도 10은 제1 실시형태의 제2 변형예에 의한 전동기의 직경 방향을 따르는 단면도이다.

도 11은 제2 실시형태에 의한 전동기의 직경 방향을 따르는 단면도이다.

도 12는 도 11의 B-B 선의 위치에서 둘레 방향을 따라 파단한 단면의 일부를, 제1 및 제2 회전 자계의 발생시에 나타내는 전개도이다.

도 13은 도 12의 전개도의 구성과 기능적으로 동일한 구성을 나타내는 도면 이다.

도 14는 자계 회전 속도, 제1 축 회전 속도 및 제2 축 회전 속도의 관계를 나타내는 속도선도를, (a) 제1 축을 고정한 경우에 있어서, (b) 제2 축을 고정한 경우에 있어서, (c) 제1 축 및 제2 축이, 제1 및 제2 회전 자계와 동일한 방향으로 회전하고 있는 경우에 있어서, (d) 제1 및 제2 회전 자계에 대해, 제1 축이 역방향으로, 제2 축이 동일한 방향으로 회전하는 경우에 있어서, 각각 나타내는 도면이다.

도 15는 제2 축을 고정한 경우에서의 도 11의 전동기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 16은 도 15에 이어지는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 17은 제3 실시형태에 의한 전동기의 정면 단면도이다.

도 18은 도 17의 전동기의 평면도이다.

도 19는 제4 실시형태에 의한 전동기의 직경 방향을 따르는 단면도이다.

도 20은 제5 실시형태에 의한 전동기의 골격도이다.

도 21은 제6 실시형태에 의한 전동기 등을 나타내는 블록도이다.

도 22는 제1 영구 자석이나 제1 코어, 스테이터에 해당하는 등가 회로를 나타내는 도면이다.

도 23은 제2 영구 자석이나 제2 코어, 스테이터에 해당하는 등가 회로를 나타내는 도면이다.

도 24는 자계 전기각 속도, 제1 및 제2 로터 전기각 속도의 관계의 일례를 나타내는 속도선도이다.

도 25는 제1∼제3 부재에 해당하는 등가 회로를 나타내는 도면이다.

도 26은 제4∼제6 부재에 해당하는 등가 회로를 나타내는 도면이다.

도 27은 일반적인 브러시리스 DC 모터의 등가 회로를 나타내는 도면이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명이 바람직한 실시형태에 관해 설명한다. 또한, 이하에 서술하는 실시형태를 설명하기 위한 도면에서는, 편의상 해칭을 생략하는 것으로 한다. 도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 의한 전동기(1)를 나타내고 있다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 이 전동기(1)는, 케이스(2)와, 축(3)과, 케이스(2)내에 설치된 제1∼제3 스테이터(4∼6), 제1 및 제2 로터(7, 8)를 구비하고 있다. 제2 스테이터(5)는 케이스(2)내의 중앙에 배치되고, 제1 및 제2 로터(7, 8)는 제2 스테이터(5)의 양측에 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치되고, 제1 및 제3 스테이터(4, 6)는 제1 및 제2 로터(7, 8)의 외측에 소정의 간격을 두고 대향하도록 배치되어 있다.

케이스(2)는, 원통형의 둘레벽(2a)과, 둘레벽(2a)의 양단부에 설치된 서로 대향하는 측벽(2b 및 2c)을 일체로 갖고 있다. 측벽(2b 및 2c)은, 중앙에 구멍(2d 및 2e)을 각각 갖는 도너츠판형의 것이고, 측벽(2b, 2c)의 외경은 둘레벽(2a)의 외경과 같다. 또, 둘레벽(2a), 측벽(2b 및 2c)은 서로 동심형으로 배치되어 있다. 또한, 상기 구멍(2d 및 2e)에는, 베어링(9 및 10)이 각각 부착되어 있고, 이들 베어링(9, 10)에 축(3)이 회전가능하게 지지되어 있다. 또한, 축(3)은, 스러스트 베 어링(도시하지 않음)에 의해 축선 방향으로 거의 이동불가능하게 되어 있다.

제1 스테이터(4)는 2n개의 제1 전자석(4a)을 갖고 있다. 각 제1 전자석(4a)은, 축(3)의 축선 방향(이하, 단순히「축선 방향」이라고 한다)으로 약간 연장되는 원주형의 철심(4b)과, 철심(4b)에 감긴 코일(4c) 등으로 구성되어 있다. 또한, 제1 전자석(4a)은, 케이스(2)의 둘레벽(2a)의 내주면의 측벽(2b)측의 단부에, 링형의 고정부(4d)를 통해 부착되고, 철심(4b)의 일단부가 케이스(2)의 측벽(2b)에 부착되어 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 전자석(4a)은 축(3)의 둘레 방향(이하, 단순히「둘레 방향」이라고 한다)으로, 소정의 피치(P)로 등간격으로 나열되도록 배치되어 있다.

또한, 각 제1 전자석(4a)은 가변 전원(15)에 접속되어 있다. 가변 전원(15)은, 컨버터 등으로 이루어진 전기 회로와 배터리를 조합한 것이고, 후술하는 ECU(17)에 접속되어 있다. 또한, 제1 전자석(4a)은, 가변 전원(15)으로부터 전력이 공급되었을 때, 인접하는 각 2개의 철심(4b)에 서로 다른 극성의 자극이 발생하도록 구성되어 있다(도 2 참조). 이하, 제1 전자석(4a)의 자극을 「제1 자극」이라 한다.

또한, 본 실시형태에서는, 케이스(2)가 제1, 제2, 제4 및 제5 부재에, 축(3)이 제3 및 제6 부재에, 제1 스테이터(4)가 제1 자극열에, 제1 전자석(4a)이 제1 자극에, ECU(17)가 자력 조정 수단, 제1 상대 위치 관계 검출 장치, 제2 상대 위치 관계 검출 장치 및 제어 장치에 각각 해당한다.

제2 스테이터(5)는, 전력의 공급에 따라 회전 자계를 발생시키는 것이며, 3n 개의 전기자(5a)를 갖고 있다. 각 전기자(5a)는, 축선 방향으로 약간 연장되는 원주형의 철심(5b)와, 철심(5b)에 집중 감기로 감긴 코일(5c) 등으로 구성되어 있고, 3n개의 코일(5c)은, n조의 U상, V상 및 W상의 3상 코일을 구성하고 있다. 또한, 전기자(5a)는, 둘레벽(2a)의 내주면의 중앙부에, 링형의 고정부(5d)를 통해 부착되어 있고, 둘레 방향으로 등간격으로 나열되어 있다. 또한, 전기자(5a) 및 제1 전자석(4a)은, 2개 간격의 전기자(5a)의 중심과, 서로 동일한 극성을 갖는 1개 간격의 제1 전자석(4a)의 중심이 둘레 방향의 동일한 위치에 위치하도록 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, U상 코일(5c)을 갖는 각 전기자(5a)의 중심이, N극을 갖는 각 제1 전자석(4a)의 중심과 동일한 위치에 위치하고 있다(도 2 참조).

또한, 각 전기자(5a)는 가변 전원(16)에 접속되어 있다. 이 가변 전원(16)은, 인버터 등으로 이루어진 전기 회로와 배터리를 조합한 것이고, ECU(17)에 접속되어 있다. 또한, 전기자(5a)는, 가변 전원(16)으로부터 전력이 공급되었을 때, 철심(5b)의 제1 스테이터(4)측 및 제3 스테이터(6)측의 단부에, 서로 다른 극성의 자극이 발생하도록 구성되어 있고, 이들 자극의 발생에 따라, 제1 스테이터(4)와의 사이 및 제3 스테이터(6)와의 사이에, 제1 및 제2 회전 자계가 둘레 방향으로 회전하도록 각각 발생한다. 이하, 철심(5b)의 제1 및 제3 스테이터(4, 6)측의 단부에 발생하는 자극을 각각 「제1 전기자 자극」 및 「제2 전기자 자극」이라 한다. 또한, 이들 제1 및 제2 전기자 자극의 수는 각각 제1 전자석(4a)의 자극의 수와 동일한, 즉 2n이다.

제3 스테이터(6)는, 제1 전자석(4a)과 동수, 즉 2n개의 제2 전자석(6a)을 갖 고 있고, 각 제2 전자석(6a)은, 축선 방향으로 약간 연장되는 원통형의 철심(6b)과, 철심(6b)에 감긴 코일(6c) 등으로 구성되어 있다. 또한, 제2 전자석(6a)은, 둘레벽(2a)의 내주면의 측벽(2c)측의 단부에 링형의 고정부(6d)를 통해 부착되고, 철심(6b)의 일단부가 측벽(2c)에 부착되어 있다. 또한, 제2 전자석(6a)은, 둘레 방향으로 등간격으로 나열되고, 또한 그 중심이 제1 전자석(4a)의 중심 및 U상 코일(5c)을 갖는 전기자(5a)의 중심과 둘레 방향의 동일한 위치에 위치하도록 배치되어 있다(도 2 참조).

또한, 제2 전자석(6a)은 가변 전원(15)에 접속되어 있다. 또한, 제2 전자석(6a)은, 가변 전원(15)으로부터 전력이 공급되었을 때, 인접하는 각 2개의 제2 전자석(6a)의 자극의 극성이 서로 다르고, 또한 각 제2 전자석(6a)의 자극의 극성이, 둘레 방향의 동일한 위치에 배치된 각 제1 전자석(4a)의 제1 자극의 극성과 동일해지도록 구성되어 있다(도 2 참조). 이하, 제2 전자석(6a)의 자극을 「제2 자극」이라 한다.

또한, 본 실시형태에서는, 제2 스테이터(5)가 제1 및 제2 전기자열에, 전기자(5a)가 제1 및 제2 전기자에, 코일(5c)이 3상의 계자 권선에, 제3 스테이터(6)가 제2 자극열에, 제2 전자석(6a)이 제2 자극에 각각 해당한다.

제1 로터(7)는, 제1 전자석(4a)과 동수, 즉 2n개의 제1 코어(7a)를 갖고 있고, 각 제1 코어(7a)는, 연자성체, 예를 들어 복수의 강판(鋼板)을 적층한 원주형의 것이며, 축선 방향으로 약간 연장되어 있다. 제1 코어(7a)는, 축(3)에 일체로 동심형으로 설치된 원판형의 플랜지(7b)의 외단부에 부착되어 있고, 축(3)과 일체 로 회전가능하게 되어 있다. 또, 제1 코어(7a)는 둘레 방향으로 등간격으로 나열되어 있다.

제2 로터(8)는, 제1 전자석(4a)과 동수, 즉 2n개의 제2 코어(8a)를 갖고 있고, 각 제2 코어(8a)는, 제1 코어(7a)와 마찬가지로 연자성체, 예를 들어 복수의 강판을 적층한 원주형의 것이며, 축선 방향으로 약간 연장되어 있다. 제2 코어(8a)는, 축(3)에 일체로 동심형으로 설치된 원판형의 플랜지(8b)의 외단부에 부착되어 있고, 축(3)과 일체로 회전가능하게 되어 있다. 또한, 제2 코어(8a)는, 둘레 방향으로 등간격으로 제1 코어(7a)에 대해 서로 다르게 나열되어 있고, 그 중심이 제1 코어(7a)의 중심에 대해 소정의 피치(P)의 반피치 P/2만큼 어긋나 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 로터(7, 8)가 제1 및 제2 연자성체열에, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)가 제1 및 제2 연자성체에 각각 해당한다.

또한, 전동기(1)에는 회전 위치 센서(50)(제1 상대 위치 관계 검출 장치, 제2 상대 위치 관계 검출 장치)가 설치되어 있고, 이 회전 위치 센서(50)는 축(3)의 회전 위치(이하, 「축회전 위치」라고 함)를 나타내는 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다.

ECU(17)는, 전동기(1)를 제어하기 위한 것이며, I/O 인터페이스, CPU, RAM 및 ROM 등으로 이루어진 마이크로 컴퓨터로 구성되어 있다. 또한, ECU(17)는, 입력된 축회전 위치에 따라, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과 제1 및 제2 코어(7a, 8a)와의 상대적인 위치 관계를 구하고, 이 위치 관계에 기초하여 전기자(5a)의 3상 코일(5c)에 대한 통전을 제어하고, 이에 따라, 제1 및 제2 회전 자계 를 제어한다. 또한, ECU(17)는, 축회전 위치에 기초하여 축(3)의 회전 속도(이하 「축회전 속도」라고 함)를 산출한다.

또한, ECU(17)는, 축회전 속도와, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 공급되어 있는 전력에 따라 전동기(1)의 부하를 산출하고, 산출한 부하에 따라 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 공급되는 전류를 제어한다. 이에 따라, 제1 및 제2 전기자 자극 및 제1 및 제2 자극의 자력과, 제1 및 제2 회전 자계의 회전 속도가 제어된다. 이 경우, 제1 및 제2 전기자 자극 및 제1 및 제2 자극의 자력은, 산출한 부하가 높을수록 더욱 강해진다. 또한, 저부하 운전중에는, 축회전 속도가 높을수록, 제1 및 제2 전기자 자극 및 제1 및 제2 자극의 자력은 더욱 약해진다.

이상의 구성의 전동기(1)에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 회전 자계의 발생중, 각 제1 전기자 자극의 극성이 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제1 자극의 극성과 다를 때에는, 각 제2 전기자 자극의 극성은 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제2 자극의 극성과 동일해진다. 또한, 각 제1 자극과 각 제1 전기자 자극의 사이에 각 제1 코어(7a)가 위치하고 있을 때에는, 각 제2 코어(8a)가, 둘레 방향으로 인접하는 각 2조의 제2 전기자 자극 및 제2 자극 사이에 위치한다. 또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 회전 자계의 발생중, 각 제2 전기자 자극의 극성이 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제2 자극의 극성과 다를 때에는, 각 제1 전기자 자극의 극성은 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제1 자극의 극성과 동일해진다. 또한, 각 제2 자극과 각 제2 전기자 자극의 사이에 각 제2 코어(8a)가 위치하고 있을 때에는, 각 제1 코어(7a)가, 둘레 방향으로 인접하는 각 2조의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 위치한다. 도 2 및 도 3에서는, 편의상 축(3) 및 플랜지(7a, 8a) 등을 생략하여 나타내는 것으로 한다.

다음으로, 도 4 및 도 5를 참조하면서 상술한 전동기(1)의 동작에 관해 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 제1 및 제2 회전 자계의 움직임을, 그것과 등가인, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과 동수의 2n개의 가상의 영구 자석(이하 「가상 자석」라고 함)(18)의 물리적인 움직임으로 치환하여 설명하는 것으로 한다. 또한, 가상 자석(18)의 제1 및 제3 스테이터(4, 6)측의 자극을 각각 제1 및 제2 전기자 자극으로 하고, 제1 스테이터(4)와의 사이 및 제3 스테이터(6)와의 사이에 각각 발생하는 회전 자계를 제1 및 제2 회전 자계로 하여 설명하는 것으로 한다.

우선, 도 4의 (a)에 나타낸 바와 같이, 각 제1 코어(7a)가 각 제1 전자석(4a)에 대향하고, 각 제2 코어(8a)가 인접하는 각 2개의 제2 전자석(6a)의 사이에 위치한 상태로부터, 제1 및 제2 회전 자계를 동 도면의 아래쪽으로 회전시키도록 발생시킨다. 그 발생의 시작시에는, 각 제1 전기자 자극의 극성을 그것에 대향하는 각 제1 자극의 극성과 다르게 하고, 각 제2 전기자 자극의 극성을 그것에 대향하는 각 제2 자극의 극성과 동일하게 한다.

제1 코어(7a)가 제1 및 제2 스테이터(4, 5) 사이에 배치되어 있기 때문에, 제1 자극 및 제1 전기자 자극에 의해 자화되고, 제1 자극, 제1 코어(7a) 및 제1 전기자 자극 사이에 자력선(이하 「제1 자력선」이라 함)(G1)이 발생한다. 마찬가지로, 제2 코어(8a)가 제2 및 제3 스테이터(5, 6)의 사이에 배치되어 있기 때문에, 제2 전기자 자극 및 제2 자극에 의해 자화되고, 제1 전기자 자극, 제2 코어(8a) 및 제2 자극의 사이에 자력선(이하 「제2 자력선」이라 함)(G2)이 발생한다.

도 4의 (a)에 나타내는 상태에서는, 제1 자력선(G1)은, 제1 자극, 제1 코어(7a) 및 제1 전기자 자극을 연결하도록 발생하고, 제2 자력선(G2)은, 둘레 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 전기자 자극과 양자 사이에 위치하는 제2 코어(8a)를 연결하도록, 또 둘레 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 자극과 양자 사이에 위치하는 제2 코어(8a)를 연결하도록 발생한다. 그 결과, 이 상태에서는, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같은 자기 회로가 구성된다. 이 상태에서는, 제1 자력선(G1)이 직선형인 것에 의해, 제1 코어(7a)에는 둘레 방향으로 회전시키는 자력은 작용하지 않는다. 또, 둘레 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 전기자 자극과 제2 코어(8a) 사이의 2개의 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도 및 총자속량이 서로 같고, 마찬가지로, 둘레 방향으로 인접하는 각 2개의 제2 자극과 제2 코어(8a) 사이의 2개의 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도 및 총자속량도 서로 같아, 균형을 이루고 있다. 이 때문에, 제2 코어(8a)에도 둘레 방향으로 회전시키는 자력은 작용하지 않는다.

그리고, 가상 자석(18)이 도 4의 (a)에 나타내는 위치로부터 도 4(b)에 나타내는 위치로 회전하면, 제2 전기자 자극, 제2 코어(8a) 및 제2 자극을 연결하는 제2 자력선(G2)이 발생하고, 제1 코어(7a)와 제1 전기자 자극 사이의 제1 자력선(G1)이 구부러진 상태가 된다. 또한, 이에 따라, 제1 및 제2 자력선에 의해, 도 6의 (b)에 나타낸 자기 회로가 구성된다.

이 상태에서는, 제1 자력선(G1)의 굴곡 정도는 작지만 그 총자속량이 많기 때문에, 비교적 강한 자력이 제1 코어(7a)에 작용한다. 이에 따라, 제1 코어(7a)는, 가상 자석(18)의 회전 방향, 즉 제1 및 제2 회전 자계의 회전 방향(이하 「자계 회전 방향」이라고 함)으로 비교적 큰 구동력으로 구동되고, 그 결과, 축(3)이 자계 회전 방향으로 회전한다. 또한, 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도는 크지만 그 총자속량이 적기 때문에, 비교적 약한 자력이 제2 코어(8a)에 작용하고, 이에 따라, 제2 코어(8a)는, 자계 회전 방향으로 비교적 작은 구동력으로 구동되고, 그 결과, 축(3)이 자계 회전 방향으로 회전한다.

이어서, 가상 자석(18)이, 도 4의 (b)에 나타내는 위치로부터, 도 4의 (c), 도 4의 (d) 및 도 5의 (a), (b)에 나타내는 위치로 순서대로 회전하면, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는 각각, 제1 및 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력에 의해 자계 회전 방향으로 구동되고, 그 결과 축(3)이 자계 회전 방향으로 회전한다. 그 동안, 제1 코어(7a)에 작용하는 자력은, 제1 자력선(G1)의 굴곡 정도가 커지지만 그 총자속량이 적어지는 것에 의해 서서히 약해져, 제1 코어(7a)를 자계 회전 방향으로 구동하는 구동력이 서서히 작아진다. 또한, 제2 코어(8a)에 작용하는 자력은, 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도가 작아지지만 그 총자속량이 많아지는 것에 의해 서서히 강해져, 제2 코어(8a)를 자계 회전 방향으로 구동하는 구동력이 서서히 커진다.

그리고, 가상 자석(18)이 도 5의 (b)에 나타내는 위치로부터 도 5의 (c)에 나타내는 위치로 회전하는 사이에, 제2 자력선(G2)이 구부러진 상태가 되고, 그 총자속량이 최다에 가까운 상태가 되고, 그 결과, 최강의 자력이 제2 코어(8a)에 작용하여, 제2 코어(8a)에 작용하는 구동력이 최대가 된다. 그 후, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 가상 자석(18)이 소정의 피치(P)분 회전함으로써, 가상 자석(18)이 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 대향하는 위치로 이동하면, 서로 대향하는 제1 전기자 자극 및 제1 자극이 서로 동일 극성이 되고, 제1 코어(7a)가, 둘레 방향으로 인접하는 2조의 동일 극성의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 위치하게 된다. 이 상태에서는, 제1 자력선의 굴곡 정도가 크지만 그 총자속량이 적으므로, 제1 코어(7a)에는 자계 회전 방향으로 회전시키는 자력이 작용하지 않는다. 또한, 서로 대향하는 제2 전기자 자극 및 제2 자극이 서로 다른 극성이 된다.

이 상태로부터, 가상 자석(18)이 더 회전하면, 제1 및 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력에 의해 제1 및 제2 코어(7a, 8a)가 자계 회전 방향으로 구동되어, 축(3)이 자계 회전 방향으로 회전한다. 그 때, 가상 자석(18)이 도 4의 (a)에 나타내는 위치까지 회전하는 동안, 이상과는 반대로, 제1 코어(7a)에 작용하는 자력은, 제1 자력선(G1)의 굴곡 정도가 작아지지만 그 총자속량이 많아지는 것에 의해 강해져, 제1 코어(7a)에 작용하는 구동력이 커진다. 반대로, 제2 코어(8a)에 작용하는 자력은, 제2 자력선(G2)의 굴곡 정도가 커지지만 그 총자속량이 적어지는 것에 의해 약해져, 제2 코어(8a)에 작용하는 구동력이 작아진다.

이상과 같이, 가상 자석(18)의 회전, 즉 제1 및 제2 회전 자계의 회전에 따라, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)에 각각 작용하는 구동력이 교대로 커지거나 작아지거나 하는 상태를 반복하면서 축(3)이 자계 회전 방향으로 회전한다. 이 경우, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)에 작용하는 구동력(이하, 각각 「제1 구동력」「제2 구동력」이라 함)(TRQ7a, TRQ8a), 축(3)의 토크(이하 「축 토크」라고 함)(TRQ3)의 관계는 도 7에 나타내는 것이 된다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 구동력(TRQ7a, TRQ8a)은 동일한 주기로 거의 정현파형으로 변화하고, 위상이 반주기만큼 서로 어긋나 있다. 또한, 축(3)에는 제1 및 제2 코어(7a, 8a)가 연결되어 있기 때문에, 축 토크(TRQ3)는 상기와 같이 변화하는 제1 및 제2 구동력(TRQ7a, TRQ8a)을 서로 합한 것이 되어 거의 일정해진다.

또한, 도 4의 (a)와 도 5의 (b)를 비교하면 분명한 바와 같이, 가상 자석(18)이 소정의 피치(P)만큼 회전함에 따라, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)가 소정의 피치(P)의 1/2밖에 회전하지 않기 때문에, 축(3)은 제1 및 제2 회전 자계의 회전 속도의 1/2 속도로 회전한다. 이것은, 제1 및 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력의 작용에 의해, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)가, 제1 자력선(G1)으로 연결된 제1 자극과 제1 전기자 자극의 중간 및 제2 자력선(G2)으로 연결된 제2 자극과 제2 전기자 자극의 중간에 각각 위치한 상태를 유지하면서 회전하기 때문이다.

또한. 제1 및 제2 회전 자계의 회전중, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는 제1 및 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력에 의해 회전하기 때문에, 제1 및 제2 회전 자계에 대해 약간 지연된 상태로 회전한다. 이 때문에, 제1 및 제2 회전 자계의 회전중, 가상 자석(18)이 도 5의 (c)에 나타내는 위치에 있을 때에는, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는, 실제로는 도 5의 (c)에 나타내는 위치보다 약간, 자계 회전 방향과 역방향(동 도면의 위쪽)에 위치하는 상태가 되지만, 상술한 회전 속도의 이해를 용이하게 하기 위해, 도 5의 (c)에서는 제1 및 제2 코어(7a, 8a)가 도면 내의 위치에 나타나 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 축회전 위치에 따라 제1 및 제2 코어(7a, 8a)의 자화의 상태가 변하여, 미끄럼 발생없이 축(3)을 회전시키는 것이 가능하고, 상술한 종래의 전동기와 달리 동기기로서 기능하기 때문에, 효율을 높일 수 있다. 또한, 제1 전기자 자극, 제1 자극 및 제1 코어(7a)의 수가 서로 동일하게 설정되어 있기 때문에, 모든 제1 전기자 자극, 제1 자극 및 제1 코어(7a)에서 제1 자력선(G1)을 적절히 발생시킬 수 있다. 또한, 제2 전기자 자극, 제2 자극 및 제2 코어(8a)의 수가 서로 동일하게 설정되어 있기 때문에, 모든 제2 전기자 자극, 제2 자극 및 제2 코어(8a)에서 제2 자력선(G2)을 적절히 발생시킬 수 있다. 이상에 의해, 전동기(1)의 토크를 충분히 얻을 수 있다.

또한, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)이 케이스(2)에 고정되어 있기 때문에, 예를 들어 이들을 회전가능하게 구성한 경우와 달리, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 대한 전력 공급용 슬립링이 불필요해진다. 따라서, 그만큼 전동기(1)를 소형화할 수 있고, 슬립링 및 브러시의 접촉 저항에 의한 발열이 발생하지 않아, 효율을 더욱 높일 수 있다.

또한, 강판을 적층한 제1 및 제2 코어(7a, 8a)를 회전시키기 때문에, 비교적 강도가 낮은 영구 자석을 회전시키는 경우에 비해 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)을 사용하기 때문에, 큰 자력의 영구 자석을 사용한 경우와 달리, 상술한 부품간의 접촉 방지 작업을 행하지 않고도 전동기(1)의 조립 작업을 용이하게 행할 수 있다. 또, 전기자(5a)에 전력을 공급하지 않고서 동력을 입력함으로써 축(3)을 구동할 때, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)로서 영구 자석을 사용한 경우와 달리, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 대한 통전을 정지함으로써, 양자(4a, 6a)의 자력에 기인하는 손실의 발생을 방지할 수 있다. 또한, 전기자(5a)에 전력이 공급되어 있지 않은 상태로 축(3)에 큰 동력이 입력된 경우에, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 대한 통전을 정지하여 양자(4a, 6a)의 자력을 거의 0 값으로 제어함으로써, 전기자(5a)에 큰 유도 기전력이 발생하는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라, 전기자(5a)나 가변 전원(16) 등의 손상을 방지할 수 있다.

또, ECU(17)에 의해, 전동기(1)의 부하가 높을수록 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)의 자력을 더욱 강하게 한다. 따라서, 고부하시에 큰 출력이 필요한 경우에, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)의 자력이 강해지기 때문에, 상술한 제1 및 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력이 강해짐으로써 출력을 충분히 얻을 수 있다. 또한, 저부하시에 큰 출력을 필요로 하지 않는 경우에, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)의 자력이 약해지기 때문에, 전기자(5a)에서의 유도 기전력을 저감할 수 있고, 따라서 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 축회전 속도가 높을수록 제1 및 제2 전기자 자극 및 제1 및 제2 자극의 자력이 더욱 약해지기 때문에, 고속 회전시에 전기자(5a)에 공급되는 계자 약화 전류를 저감하는 것이 가능해져, 효율을 높일 수 있다.

또한, 일반적인 U상, V상 및 W상의 3상 코일(5c)을 사용하기 때문에, 특별한 계자 권선의 준비없이, 전동기(1)를 용이하고 저렴하게 구성할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 회전 자계를 발생시키는 스테이터를 단일의 제2 스테이터(5)로 구성하고, 제1∼제3 스테이터(4∼6)를 단일의 둘레벽(2a)에 부착하고, 제1 및 제2 로터(7, 8)를 단일축(3)에 부착한다. 따라서, 제1 및 제2 회전 자계 발생용의 스테이터를 2 개의 스테이터로 구성하고, 제1∼제3 스테이터(4∼6), 제1 및 제2 로터(7, 8)를 각각 다른 부재에 부착하는 경우에 비해 부품수를 삭감할 수 있고, 이에 따라, 제조 비용을 삭감할 수 있고, 소형화할 수 있다.

또한, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과 제1 및 제2 코어(7a, 8a)와의 상대적인 위치 관계를 구하고, 이 위치 관계에 기초하여 제1 및 제2 회전 자계가 제어된다. 또한, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)이 케이스(2)에 고정되어 있는(속도 =0)것과, 축(3)이 제1 및 제2 회전 자계의 회전 속도의 1/2의 속도로 회전하는 것에서 분명한 바와 같이, 제1 및 제2 회전 자계의 회전 속도는 케이스(2) 및 축(3)과의 사이에 공선 관계를 만족하도록 제어된다. 이상에 의해, 전동기(1)의 적절한 동작을 확보할 수 있다.

또한, 제1∼제3 스테이터(4∼6), 제1 및 제2 로터(7, 8)를 축선 방향으로 나열되도록 배치하기 때문에, 전동기(1)의 직경 방향의 치수를 작게 할 수 있다.

또한, 예를 들어, 복수의 전동기(1)를 연결하여 사용하는 것에 의해 출력을 높이는 경우, 도 8에 나타낸 바와 같이, 제3 스테이터(6)를 제1 스테이터(4)로서 공용할 수 있기 때문에, 복수의 전동기(1)를 그대로 연결하는 경우에 비해 조밀하게 구성할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 회전 자계의 제어를, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과 제1 및 제2 코어(7a, 8a)와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행하고 있지만, 케이스(2) 또는 제1∼제3 스테이터(4∼6)의 임의의 부위와, 축(3) 또는 제1 및 제2 로터(7, 8)의 임의의 부위와의 상대적인 위치 관계에 기초 하여 행해도 된다.

도 9는, 제1 실시형태의 제1 변형예를 나타내고 있다. 이 제1 변형예에서는, 제1 및 제2 전자석(4e, 6e)은, 그 철심(4b, 6b)을 자화가능한 영구 자석(4f 및 6f)을 갖고 있다. 이들 영구 자석(4f 및 6f)은 각각, 이들의 한면이 철심(4b, 6b)에 부착되고, 다른 한면이 제1 및 제2 로터(7, 8)에 대향하고 있다. 또한, 영구 자석(4f 및 6f)의 극성은, 둘레 방향으로 동일한 위치의 것끼리는 동일한 극성이고, 둘레 방향으로 인접하는 각 2개는 서로 다르다. 따라서, 상술한 제1 실시형태의 효과를 동일하게 얻을 수 있다.

또, 제1 및 제2 전자석(4e, 6e)의 코일(4c, 6c)의 단선이나 가변 전원(15)의 고장이 발생한 경우라도, 영구 자석(4f, 6f)의 자력에 의해 전동기(1)의 출력을 확보할 수 있다. 또한, 비교적 작은 자력의 영구 자석(4f, 6f)을 사용하더라도, 코일(4c, 6c)의 자력에 의해 보충하여 계자를 적절히 행할 수 있기 때문에, 그와 같은 영구 자석(4f, 6f)을 사용함으로써, 상술한 부품간의 접촉 방지 작업을 행하지 않고도 전동기(1)의 조립 작업을 용이하게 행할 수 있다. 이 제1 변형예에서는, 제1 및 제2 전자석(4e, 6e)이 제1 및 제2 자극에 각각 해당한다.

도 10은, 제1 실시형태의 제2 변형예를 나타내고 있다. 이 제2 변형예에서는, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a) 대신에 제1 및 제2 영구 자석(4g, 6g)이 설치되어 있다. 제1 및 제2 영구 자석(4g, 6g)은 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과 동일하게 배치되어 있기 때문에, 제1 실시형태의 효과를 동일하게 얻을 수 있다. 또, 제1 실시형태 및 제1 변형예와 달리 가변 전원(15)이나 코일(4c)이 불필요해진다. 이에 따라, 전동기(1)를 소형화할 수 있고, 구성을 단순화할 수 있다. 또한, 이 제2 변형예에서는, 제1 및 제2 영구 자석(4g, 6g)이 제1 및 제2 자극에 각각 해당한다.

다음으로, 도 11을 참조하면서 본 발명의 제2 실시형태에 의한 전동기(20)에 관해 설명한다. 상술한 제1 실시형태의 전동기(1)가 제1 스테이터(4) 등을 축방향으로 배치한 타입인 것인 데 비해, 본 실시형태의 전동기(20)는 스테이터 등을 직경 방향으로 배치한 타입인 것이다. 동 도면에서, 전동기(20)의 구성 요소 중 상술한 제1 실시형태의 전동기(1)와 동일한 것은 동일한 부호를 사용하여 나타내고 있다. 이하, 제1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.

도 11에 나타낸 바와 같이, 전동기(20)는, 베어링(9 및 10)에 회전가능하게 각각 지지된 제1 축(21) 및 제2 축(22)과, 케이스(2)내에 설치된 제1 로터(23)와, 케이스(2)내에 제1 로터(23)에 대향하도록 설치된 스테이터(24)와, 양자(23, 24) 사이에 소정의 간격을 둔 상태로 설치된 제2 로터(25)를 구비하고 있다. 제1 로터(23), 제2 로터(25) 및 스테이터(24)는 제1 축(21)의 직경 방향으로, 내측으로부터 이 순서대로 나열되어 있다. 또한, 제1 및 제2 축(21, 22)은 동심형으로 배치되고, 스러스트 베어링(도시하지 않음)에 의해 그 축선 방향으로 거의 이동불가능하게 되어 있다.

제1 로터(23)는 2n개의 제1 영구 자석(23a) 및 제2 영구 자석(23b)을 갖고 있고, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)은 각각 제1 축(21)의 둘레 방향(이하, 단순히「둘레 방향」이라고 함)으로 등간격으로 나열되어 있다. 각 제1 영구 자석(23a)은, 제1 축(21)의 축선 방향(이하, 단순히「축선 방향」이라고 함)에 직교 하는 단면이 부채꼴로 되어 있고, 축선 방향으로 약간 연장되어 있다. 각 제2 영구 자석(23b)은, 제1 영구 자석(23a)과 동일한 형상 및 치수를 갖고 있다. 또, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)은, 링형의 고정부(23c)의 외주면에, 축선 방향으로 나열되고, 서로 접한 상태로 부착되어 있다. 고정부(23c)는, 연자성체, 예를 들어 철로 구성되어 있고, 그 내주면이, 제1 축(21)에 일체로 동심형으로 설치된 원판형의 플랜지(23d)의 외주면에 부착되어 있다. 이상의 구성에 의해, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)은 제1 축(21)과 일체로 회전가능하게 되어 있다.

또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 축(21)을 중심으로 하여, 둘레 방향으로 인접하는 각 2개의 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)이 이루는 중심각은 소정 각도 θ이다. 또한, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)의 극성은, 축선 방향으로 나열된 것 끼리는 동일한 극성이고, 둘레 방향으로 인접하는 각 2개는 서로 다르다. 이하, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)의 자극을 각각 「제1 자극」 및 「제2 자극」이라 한다.

본 실시형태에서는, 케이스(2)가 제1 및 제4 부재에, 제1 축(21)이 제2 및 제5 부재에, 제2 축(22)이 제3 및 제6 부재에, 제1 로터(23)가 제1 및 제2 자극열에, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)이 제1 및 제2 자극에 각각 해당한다.

스테이터(24)는, 상술한 제2 스테이터(5)와 마찬가지로 제1 및 제2 회전 자계를 발생시키는 것이며, 둘레 방향으로 등간격으로 나열된 3n개의 전기자(24a)를 갖고 있다. 각 전기자(24a)는, 상술한 전기자(5a)와 마찬가지로, 철심(24b)과, 철심(24b)에 집중 감기로 감긴 코일(24c) 등으로 구성되어 있다. 철심(24b)은, 축선 방향에 직교하는 단면이 부채꼴로 되어 있고, 축선 방향으로 제1 영구 자석(23a)의 약 2배의 길이를 갖고 있다. 철심(24b)의 내주면의 축선 방향의 중앙부에는 둘레 방향으로 연장되는 홈(24d)이 형성되어 있다. 3n개의 코일(24c)은, n조의 U상, V상 및 W상의 3상 코일을 구성하고 있다(도 12 참조). 또, 전기자(24a)는, 둘레벽(2a)의 내주면에 링형의 고정부(24e)를 통해 부착되어 있다. 이상과 같은 전기자(24a), 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)의 수와 배치로부터, 어떤 하나의 전기자(24a)의 중심이, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)의 중심과 둘레 방향에 일치했을 때에는, 그 전기자(24a)에 대해 2개 간격의 전기자(24a)의 중심과, 그 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)에 대해 1개 간격의 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)의 중심이, 둘레 방향과 일치한다.

또한, 전기자(24a)는 가변 전원(16)에 접속되어 있고, 전력이 공급되었을 때, 철심(24b)의 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)측의 단부에 서로 다른 극성의 자극이 각각 발생하도록 구성되어 있다. 또, 이들 자극의 발생에 따라, 제1 로터(23)의 제1 영구 자석(23a)측의 부분과의 사이 및 제2 영구 자석(23b)측의 부분과의 사이에, 제1 및 제2 회전 자계가 둘레 방향으로 회전하도록 각각 발생한다. 이하, 철심(24b)의 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)측의 단부에 발생하는 자극을 각각 「제1 전기자 자극」 및 「제2 전기자 자극」이라 한다. 또, 이들 제1 및 제2 전기자 자극의 수는 각각 제1 영구 자석(23a)의 자극의 수와 동일한, 즉 2n이다.

또한, 본 실시형태에서는, 스테이터(24)가 제1 및 제2 전기자열에, 전기자(24a)가 제1 및 제2 전기자에, 코일(24c)이 3상의 계자 권선에 각각 해당한다.

제2 로터(25)는 복수의 제1 코어(25a) 및 제2 코어(25b)를 갖고 있다. 제1 및 제2 코어(25a, 25b)는 각각 둘레 방향으로 등간격으로 나열되어 있고, 양자(25a, 25b)의 수는 모두 제1 영구 자석(23a)과 동일한, 즉 2n으로 설정되어 있다. 각 제1 코어(25a)는, 연자성체, 예를 들어 복수의 강판을 적층한 것이며, 축선 방향에 직교하는 단면이 부채꼴로 되어 있고, 축선 방향으로 소정의 길이로 연장되어 있다. 각 제2 코어(25b)는, 제1 코어(25a)와 마찬가지로 복수의 강판을 적층한 것이며, 축선 방향에 직교하는 단면이 부채꼴로 되어 있고, 축선 방향으로 소정의 길이로 연장되어 있다.

제1 및 제2 코어(25a, 25b)는 각각, 원판형의 플랜지(25e)의 외단부에, 축선 방향으로 약간 연장되는 막대형의 연결부(25c, 25d)를 통해 부착되어 있다. 플랜지(25e)는 제2 축(22)에 일체로 동심형으로 설치되어 있다. 이 구성에 의해, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)는 제2 축(22)과 일체로 회전가능하게 되어 있다.

또, 축선 방향에서, 제1 코어(25a)는 제1 로터(23)의 제1 영구 자석(23a)측의 부분과 스테이터(24)의 사이에 배치되고, 제2 코어(25b)는 제1 로터(23)의 제2 영구 자석(23b)측의 부분과 스테이터(24)의 사이에 배치되어 있다. 또한, 제2 코어(25b)는 제1 코어(25a)에 대해 둘레 방향으로 서로 다르게 나열되어 있고, 그 중심이 제1 코어(25a)의 중심에 대해 소정 각도(θ)의 1/2 어긋나 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제2 로터(25)가 제1 및 제2 연자성체열에, 제1 코어(25a)가 제1 연자성체에, 제2 코어(25b)가 제2 연자성체에 각각 해당한다.

또, 전동기(20)에는, 제1 및 제2 회전 위치 센서(50a, 50b)(제1 상대 위치 관계 검출 장치, 제2 상대 위치 관계 검출 장치)가 설치되어 있고, 양자(50a, 50b)는 각각, 제1 및 제2 축(21, 22)의 회전 위치를 나타내는 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다.

ECU(17)는, 검출된 제1 및 제2 축(21, 22)의 회전 위치에 기초하여, 전기자(24a)와, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)과, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)와의 상대적인 위치 관계를 구하고, 이 위치 관계에 기초하여 전기자(5a)의 3상 코일(5c)에 대한 통전을 제어하고, 이에 따라, 제1 및 제2 회전 자계를 제어한다.

이상의 구성의 전동기(20)에서는, 제1 및 제2 축(21, 22) 중 하나를 고정, 또는 이들 중 하나에 동력을 입력한 상태로, 이들 중 다른 하나를 회전시키도록 구성되어 있다.

또, 도 12에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2 회전 자계의 발생중, 각 제1 전기자 자극의 극성이 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제1 자극의 극성과 다를 때에는, 각 제2 전기자 자극의 극성은 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제2 자극의 극성과 동일해진다. 또, 각 제1 자극과 각 제1 전기자 자극의 사이에 각 제1 코어(25a)가 위치하고 있을 때에는, 각 제2 코어(25b)가 둘레 방향으로 인접하는 각 2조의 제2 전기자 자극 및 제2 자극의 사이에 위치한다. 또, 도시하지 않지만, 제1 및 제2 회전 자계의 발생중, 각 제2 전기자 자극의 극성이 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제2 자극의 극성과 다를 때에는, 각 제1 전기자 자극의 극성은 그것에 대향하는(가장 가까운) 각 제1 자극의 극성과 동일해진다. 또, 각 제2 자극과 각 제2 전기자 자극의 사이에 각 제2 코어(25b)가 위치하고 있을 때에는, 각 제1 코 어(25a)가 둘레 방향으로 인접하는 각 2조의 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 사이에 위치한다.

또한, 도 12에서는 전개도로서 나타냈기 때문에, 전기자(24a) 및 고정부(24e)가 2개로 나뉘어져 나타나 있지만, 이들은 실제로는 하나이기 때문에, 도 12의 구성을 그것과 등가의 것으로서 도 13과 같이 나타낼 수 있다. 이 도 13과 상술한 도 2의 비교에서 분명한 바와 같이, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b), 전기자(24a), 제1 및 제2 코어(25a, 25b)의 사이의 위치 관계는, 상술한 제1 및 제2 전자석(4a, 6a), 전기자(5a), 제1 및 제2 코어(7a, 8a)의 사이의 위치 관계와 동일한 것을 알 수 있다.

이 때문에, 이하, 전동기(20)의 동작을, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b), 전기자(24a), 제1 및 제2 코어(25a, 25b)가, 도 13에 나타낸 바와 같이 배치되어 있는 것으로 하여 설명한다. 또, 이 동작 설명을, 상술한 전동기(1)의 동작 설명과 마찬가지로, 제1 및 제2 회전 자계의 움직임을 가상 자석(18)의 물리적인 움직임으로 치환하여 행하는 것으로 한다.

제1 축(21)을 고정한 상태로 제2 축(22)을 회전시키는 경우의 전동기(20)의 동작은, 도 4 및 도 5를 사용하여 상술한 전동기(1)의 동작와 동일하기 때문에 그 설명은 생략한다. 또한, 이 경우, 제2 축(22)의 회전 속도(이하 「제2 축 회전 속도」라고 함)(V2)는, 상술한 전동기(1)의 축(3)과 마찬가지로, 제1 및 제2 회전 자계의 회전 속도(이하 「자계 회전 속도」라고 함)(V0)의 1/2의 크기가 되어, V2=V0/2가 성립한다. 즉, 이 경우의 제1 축(21)의 회전 속도(이하 「제1 축 회전 속도」라고 함)(V1), 제2 축 회전 속도(V2) 및 자계 회전 속도(V0)의 관계는, 도 14의 (a)에 나타낸 바와 같다.

다음으로, 도 15 및 도 16을 참조하면서, 제2 축(22)을 고정한 상태로 제1 축(21)을 회전시키는 경우의 전동기(20)의 동작에 관해 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 가상 자석(18)의 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)측의 자극을 각각 제1 및 제2 전기자 자극으로 하고, 제1 영구 자석(23a)과의 사이 및 제2 영구 자석(23b)과의 사이에 각각 발생하는 회전 자계를 제1 및 제2 회전 자계로 하여 설명한다.

제1 코어(25a)가 상술한 바와 같이 배치되어 있기 때문에, 제1 자극과 제1 전기자 자극에 의해 자화되고, 제1 자극, 제1 코어(25a) 및 제1 전기자 자극의 사이에, 자력선(이하 「제1 자력선」이라 함)(G1')이 발생한다. 마찬가지로, 제2 코어(25b)가 상술한 바와 같이 배치되어 있기 때문에, 제2 전기자 자극 및 제2 자극에 의해 자화되고, 제2 전기자 자극, 제2 코어(25b) 및 제2 자극의 사이에, 자력선(이하 「제2 자력선」이라 함)(G2')이 발생한다.

우선, 도 15의 (a)에 나타낸 바와 같이, 각 제1 코어(25a)가 제1 영구 자석(23a)에 대향하고, 각 제2 코어(25b)가 인접하는 각 2개의 제2 영구 자석(23b)의 사이에 위치한 상태로부터, 제1 및 제2 회전 자계를 동 도면의 아래쪽으로 회전시키도록 발생시킨다. 그 발생의 시작시에는, 각 제1 전기자 자극의 극성을 그것에 대향하는 각 제1 자극의 극성과 다르게 하고, 각 제2 전기자 자극의 극성을 그것에 대향하는 각 제2 자극의 극성과 동일하게 한다.

이 상태로부터, 가상 자석(18)이 도 15의 (b)에 나타내는 위치로 회전하면, 제1 코어(25a)와 제1 전기자 자극 사이의 제1 자력선(G1')이 구부러진 상태가 됨에 따라 제2 전기자 자극이 제2 코어(25b)에 가까워짐으로써, 제2 전기자 자극, 제2 코어(25b) 및 제2 자극을 연결하는 제2 자력선(G2')이 발생한다. 그 결과, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b), 가상 자석(18) 및 제1 및 제2 코어(25a, 25b)에서, 상술한 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같은 자기 회로가 구성된다.

이 상태에서는, 제1 자극과 제1 코어(25a) 사이의 제1 자력선(G1')의 총자속량은 높지만 이 제1 자력선(G1')이 직선이므로, 제1 코어(25a)에 대해 제1 영구 자석(23a)을 회전시키는 자력이 발생하지 않는다. 또, 제2 자극 및 이것과 다른 극성의 제2 전기자 자극 사이의 거리가 비교적 긴 것에 의해, 제2 코어(25b)와 제2 자극 사이의 제2 자력선(G2')의 총자속량은 비교적 적지만 그 굴곡 정도가 크기 때문에, 제2 영구 자석(23b)에, 이것을 제2 코어(25b)에 근접하게 하는 자력이 작용한다. 이에 따라, 제2 영구 자석(23b)은 제1 영구 자석(23a)과 함께, 가상 자석(18)의 회전 방향, 즉 자계 회전 방향과 역방향(도 15의 위쪽)으로 구동되어, 도 15의 (c)에 나타내는 위치를 향해 회전한다. 또, 이에 따라, 제1 축(21)이 자계 회전 방향과 역방향으로 회전한다.

그리고, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)이 도 15의 (b)에 나타내는 위치로부터 도 15의 (c)에 나타내는 위치를 향해 회전하는 동안, 가상 자석(18)은 도 15의 (d)에 나타내는 위치를 향해 회전한다. 이상과 같이, 제2 영구 자석(23b)이 제2 코어(25b)에 가까워짐으로써, 제2 코어(25b)와 제2 자극 사이의 제2 자력선(G2')의 굴곡 정도는 작아지지만, 가상 자석(18)이 제2 코어(25b)에 더욱 가까워짐에 따라 제2 자력선(G2')의 총자속량은 많아진다. 그 결과, 이 경우에도, 제2 영구 자석(23b)에, 이것을 제2 코어(25b)측에 근접하게 하는 자력이 작용하고, 이에 따라, 제2 영구 자석(23b)이 제1 영구 자석(23a)과 함께, 자계 회전 방향과 역방향으로 구동된다.

또, 제1 영구 자석(23a)이 자계 회전 방향과 역방향으로 회전함에 따라, 제1 자극과 제1 코어(25a) 사이의 제1 자력선(G1')이 구부러짐으로써, 제1 영구 자석(23a)에, 이것을 제1 코어(25a)에 근접하게 하는 자력이 작용한다. 그러나, 이 상태에서는, 제1 자력선(G1')에 기인하는 자력은, 제1 자력선(G1')의 굴곡 정도가 제2 자력선(G2')보다 작은 것에 의해, 상술한 제2 자력선(G2')에 기인하는 자력보다 약하다. 그 결과, 두 자력의 차분에 해당하는 자력에 의해, 제2 영구 자석(23b)이 제1 영구 자석(23a)과 함께, 자계 회전 방향과 역방향으로 구동된다.

그리고, 도 15의 (d)에 나타낸 바와 같이, 제1 자극과 제1 코어(25a) 사이의 거리와, 제2 코어(25b)와 제2 자극 사이의 거리가 서로 거의 같아졌을 때에는, 제1 자극과 제1 코어(25a) 사이의 제1 자력선(G1')의 총자속량 및 굴곡 정도가, 제2 코어(25b)와 제2 자극 사이의 제2 자력선(G2')의 총자속량 및 굴곡 정도와 각각 거의 같아진다. 그 결과, 이들 제1 및 제2 자력선(G1', G2')에 기인하는 자력이 서로 거의 균형이 잡혀 있는 것에 의해, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)이 일시적으로 구동되지 않는 상태가 된다.

이 상태로부터, 가상 자석(18)이 도 16의 (a)에 나타내는 위치까지 회전하 면, 제1 자력선(G1')의 발생 상태가 변화하여, 도 16의 (b)에 나타낸 바와 같은 자기 회로가 구성된다. 이에 따라, 제1 자력선(G1')에 기인하는 자력이, 제1 영구 자석(23a)을 제1 코어(25a)에 근접시키도록 거의 작용하지 않게 되므로, 제2 자력선(G2')에 기인하는 자력에 의해, 제2 영구 자석(23b)은 제1 영구 자석(23a)과 함께, 도 16의 (c)에 나타내는 위치까지 자계 회전 방향과 역방향으로 구동된다.

그리고, 도 16의 (c)에 나타내는 위치로부터 가상 자석(18)이 약간 회전하면, 이상과는 반대로, 제1 자극과 제1 코어(25a) 사이의 제1 자력선(G1')에 기인하는 자력이, 제1 영구 자석(23a)을 제1 코어(25a)에 근접시키도록 작용하여, 이에 따라, 제1 영구 자석(23a)이 제2 영구 자석(23b)과 함께, 자계 회전 방향과 역방향으로 구동되어, 제1 축(21)이 자계 회전 방향과 역방향으로 회전한다. 그리고, 가상 자석(18)이 더 회전하면, 제1 자극과 제1 코어(25a) 사이의 제1 자력선(G1')에 기인하는 자력과 제2 코어(25b)와 제2 자극 사이의 제2 자력선(G2')에 기인하는 자력의 차분에 해당하는 자력에 의해, 제1 영구 자석(23a)이 제2 영구 자석(23b)과 함께, 자계 회전 방향과 역방향으로 구동된다. 그 후, 제2 자력선(G2')에 기인하는 자력이, 제2 영구 자석(23b)을 제2 코어(25b)에 근접하도록 거의 작용하지 않게 되면, 제1 자력선(G1')에 기인하는 자력에 의해, 제1 영구 자석(23a)이 제2 영구 자석(23b)과 함께 구동된다.

이상과 같이, 제1 및 제2 회전 자계의 회전에 따라, 제1 자극과 제1 코어(25a) 사이의 제1 자력선(G1')에 기인하는 자력과, 제2 코어(25b)와 제2 자극 사이의 제2 자력선(G2')에 기인하는 자력과, 이들 자력의 차분에 해당하는 자력이, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)에, 즉 제1 축(21)에 교대로 작용하고, 이에 따라, 제1 축(21)이 자계 회전 방향과 역방향으로 회전한다. 또, 그와 같이 자력, 즉 구동력이 제1 축(21)에 교대로 작용함으로써, 제1 축(21)의 토크는 거의 일정해진다.

이 경우, 도 14의 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 축(21)은, 제1 및 제2 회전 자계와 동일한 속도에 역회전하여 V1=-V0가 성립한다. 이것은, 제1 및 제2 자력선(G1', G2')에 기인하는 자력의 작용에 의해, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)가, 제1 자극과 제1 전기자 자극의 중간 및 제2 자극과 제2 전기자 자극의 중간에 각각 위치한 상태를 유지하면서, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)이 회전하기 때문이다.

또한, 제1 축(21) 및 제2 축(22)을 회전가능하게 하고, 양자(21, 22) 중 하나에 동력을 입력한 상태로 다른 하나를 회전시키는 경우에는, 자계 회전 속도(V0), 제1 축 회전 속도(V1) 및 제2 축 회전 속도(V2)의 사이에, 다음과 같은 관계가 성립한다. 즉, 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력의 작용에 의해, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는, 제1 자극과 제1 전기자 자극의 중간 및 제2 자극과 제2 전기자 자극의 중간에 각각 위치한 상태를 유지하면서 회전한다. 이것은, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)에도 동일하게 적용된다. 제1 및 제2 코어(25a, 25b)가 그와 같이 회전하기 때문에, 양자(25a 및 25b)와 일체인 제2 축(22)의 회전 각도는, 제1 및 제2 회전 자계의 회전 각도와, 제1 및 제2 자극의 회전 각도, 즉 제1 축(21)의 회전 각도와의 평균치가 된다.

따라서, 제1 및 제2 축(21, 22) 중 하나에 동력을 입력하고, 다른 하나를 회전시키는 경우의 자계 회전 속도(V0), 제1 및 제2 축의 회전 속도(V1, V2)의 관계 는, 다음 식 (3)으로 나타낼 수 있다.

V2=(V0+V1)/2 …(3)

이 경우, 자계 회전 속도(V0)와, 제1 및 제2 축(21, 22) 중 하나의 회전 속도를 제어함으로써, 다른 하나의 회전 속도를 제어할 수 있다. 도 14의 (c)는 제1 및 제2 축(21, 22)을 모두 자계 회전 방향으로 회전시킨 예, 도 14의 (d)는 제1 축(21)을 역회전시킨 예이다.

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 제1 및 제2 축(21, 22) 중 어느 것을 회전시키는 경우라도, 제1 및 제2 축(21, 22)의 상대적인 회전 위치에 따라 제1 및 제2 코어(25a, 25b)의 자화의 상태가 변하여, 미끄럼의 발생없이 회전시키는 것이 가능하고, 동기기로서 기능하기 때문에 효율을 높일 수 있다. 또, 제1 전기자 자극, 제1 자극 및 제1 코어(25a)의 수가 서로 동일하게 설정되고, 제2 전기자 자극, 제2 자극 및 제2 코어(25b)의 수가 서로 동일하게 설정되어 있기 때문에, 제1 및 제2 축(21, 22) 어느 것을 구동하더라도 전동기(20)의 토크를 충분히 얻을 수 있다.

또한, 전기자(24a)가 케이스(2)에 고정되어 있기 때문에, 예를 들어 전기자(24a)를 회전가능하게 구성한 경우와 달리, 전기자(24a)에 대한 전력 공급용 슬립링이 불필요해진다. 따라서, 그만큼 전동기(20)를 소형화할 수 있고, 슬립링 및 브러시의 접촉 저항에 의한 발열이 발생하지 않아, 효율을 더욱 높일 수 있다.

또, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)을 사용하기 때문에, 양자(23a, 23b) 대신 전자석을 사용한 경우와 달리, 제1 실시형태의 제2 변형예와 마찬가지로 가변 전원(15)이 불필요해져, 구성을 단순화할 수 있고, 전동기(20)를 더욱 소형화할 수 있다. 또한, 동일한 이유에 의해, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b) 대신 전자석을 사용한 경우와 달리, 전자석에 대한 전력 공급용 슬립링이 불필요해져, 그만큼 전동기(20)를 한층 더 소형화할 수 있고, 효율을 한층 더 높일 수 있다.

또, 일반적인 U상, V상 및 W상의 3상 코일(24c)을 사용하기 때문에, 제1 실시형태와 마찬가지로 특별한 계자 권선의 준비없이, 전동기(20)를 용이하고 저렴하게 구성할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 회전 자계를 발생시키는 스테이터를 단일의 스테이터(24)로 구성하고, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)을 단일의 제1 축(21)에 부착하고, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)를 단일의 제2 축(22)에 부착한다. 따라서, 제1 및 제2 회전 자계 발생용의 스테이터를 2개의 스테이터로 구성하고, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b) 및 제1 및 제2 코어(25a, 25b)를 각각 다른 부재에 부착하는 경우에 비해, 제1 실시형태와 마찬가지로 부품수를 삭감할 수 있고, 이에 따라, 제조 비용을 삭감할 수 있고, 전동기(20)를 소형화할 수 있다.

또, 전기자(24a)와, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)과, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)와의 상대적인 위치 관계를 구하고, 이 위치 관계에 기초하여 제1 및 제2 회전 자계를 제어한다. 또한, 도 14에서 분명한 바와 같이, 자계 회전 속도(V0)를, 제1 및 제2 축 회전 속도(V1, V2)와의 사이에 공선 관계를 만족하도록 제어한다. 이상에 의해, 전동기(20)가 적절한 동작을 확보할 수 있다.

또, 스테이터(24), 제1 및 제2 로터(23, 25)를, 제1 축(21)의 직경 방향으로 나열되도록 배치하기 때문에, 전동기(20)의 축선 방향의 치수를 작게 할 수 있다.

또한, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b) 대신, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a 또는 4e, 6e)을 사용해도 된다. 그 경우에는, 제1 실시형태의 제1 또는 제2 변형예에 의한 상술한 효과를 동일하게 얻을 수 있다. 또, 스테이터(24)를 회전가능하게 구성하고, 스테이터(24)와 제1 및 제2 로터(23, 25) 중 하나에 동력을 입력한 상태로, 양자(23, 25) 중 다른 하나를 회전시켜도 된다. 이 경우에도, 동기기로서 기능하기 때문에 효율을 높일 수 있다.

또한, 제1 및 제2 회전 자계의 제어를, 전기자(24a)와, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)과, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행하고 있지만, 케이스(2) 또는 스테이터(24)의 임의의 부위와, 제1 축(21) 또는 제1 로터(23)의 임의의 부위와, 제2 축(22) 또는 제2 로터(25)의 임의의 부위와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행해도 된다.

다음으로, 도 17 및 도 18을 참조하면서 본 발명의 제3 실시형태에 의한 전동기(30)에 관해 설명한다. 상술한 제1 및 제2 실시형태의 전동기(1, 20)가 회전기로서 구성되어 있는 데 비해, 이 전동기(30)는 리니어 모터로서 구성되어 있다. 또, 도 17 및 도 18에서, 전동기(30)의 구성 요소 중 상술한 제1 실시형태의 전동기(1)와 동일한 것은 동일한 부호를 사용하여 나타내고 있다. 이하, 제1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.

전동기(30)의 케이스(31)는, 전후 방향(도 17의 내측을 전으로, 전방측을 후로 한다)을 길이방향으로 하는 판형의 저벽(31a)과, 저벽(31a)의 좌우 양단부로부터 각각 위쪽으로 연장되고, 서로 대향하는 측벽(31b 및 31c)을 일체로 갖고 있다.

도 18에 나타낸 바와 같이, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)은 전후 방향으로 나열되어 있고, 이 점만이 제1 실시형태와 다르고, 이들의 수, 피치나 배치는 제1 실시형태와 동일하다.

제1 및 제2 전자석(4a, 6a)은, 저벽(31a)의 상면의 좌단부 및 우단부에 고정부(4h 및 6h)를 통해 각각 부착되어 있다. 또, 양자(4a, 6a)의 철심(4b, 6b)은 측벽(31b, 31c)의 내면에 각각 부착되어 있다. 전기자(5a)는, 저벽(31a)의 상면의 중앙부에 고정부(5e)를 통해 부착되어 있다. 또, 전기자(5a)에 전력이 공급되면, 제1 스테이터(4)와의 사이 및 제3 스테이터(6)와의 사이에, 제1 및 제2 이동 자계가 전후 방향으로 이동하도록 각각 발생한다.

또, 전동기(30)는, 상술한 제1 및 제2 로터(7, 8) 대신, 제1 및 제2 이동자(32, 33)를 갖고 있다. 제1 및 제2 이동자(32, 33)는, 전후 방향으로 나열된 복수, 예를 들어 3개의 제1 및 제2 코어(7a, 8a)를 각각 갖고 있다. 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는 각각, 전후 방향으로 제1 전자석(4a)과 동일한 피치로 등간격으로, 또한 서로 다르게 배치되어 있다.

또, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)의 저부에는, 차륜(32a, 33a)이 각각 설치되어 있다. 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는, 차륜(32a, 33a)을 통해 저벽(31a)의 상면의 레일(도시하지 않음)에 적재되어 있고, 이에 따라, 전후 방향으로 이동가능하고, 좌우 방향으로 이동불가능하게 되어 있다. 또한, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는, 그 상단부에 설치된 연결부(32b, 33b)를 통해 가동판(34)으로 연결되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 케이스(31)가 제1, 제2, 제4 및 제5 부재에, 가동 판(34)이 제3 및 제6 부재에, 제1 및 제2 이동자(32, 33)가 제1 및 제2 연자성체열에 각각 해당한다.

또, 전동기(30)에는 위치 센서(50c)(제1 상대 위치 관계 검출 장치, 제2 상대 위치 관계 검출 장치)가 설치되어 있고, 위치 센서(50c)는 케이스(31)에 대한 가동판(34)의 위치(이하 「가동판 위치」라고 함)를 나타내는 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다. ECU(17)는, 검출된 가동판 위치에 따라, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)와의 상대적인 위치 관계를 구하고, 이 위치 관계에 기초하여 전기자(5a)의 3상 코일(5c)에 대한 통전을 제어하고, 이에 따라, 제1 및 제2 이동 자계를 제어한다. 또, ECU(17)는, 가동판 위치에 따라 가동판(34)의 이동 속도(이하 「가동판 이동 속도」라고 함)를 산출하고, 산출한 가동판 이동 속도와, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 공급되어 있는 전류에 따라 전동기(1)의 부하를 산출하고, 산출한 부하에 따라 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 공급되는 전류를 제1 실시형태와 동일하게 하여 제어한다.

도 18과 도 2의 비교에서 분명한 바와 같이, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a), 전기자(5a), 제1 및 제2 코어(7a, 8a)는 제1 실시형태와 동일하게 배치되어 있다. 따라서, 제1 및 제2 이동 자계의 발생에 따라, 상술한 제1 및 제2 자력선(G1, G2)에 기인하는 자력의 작용에 의해, 가동판(34)은 제1 및 제2 이동 자계의 이동 방향으로 이동한다. 이 경우에도, 가동판 위치에 따라 제1 및 제2 코어(7a, 8a)의 자화의 상태가 변하여, 미끄럼의 발생없이 가동판(34)을 이동시키는 것이 가능하고, 전동기(30)는 동기기로서 기능하기 때문에, 제1 실시형태와 동일하게 효율을 높일 수 있다. 그 밖에, 제1 실시형태의 효과를 동일하게 얻을 수 있다.

전동기(30)를 다음과 같이 하여 구성해도 된다. 즉, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)을, 가동판(34)과는 다른 제2 가동판으로 연결하고, 제2 가동판과 일체로 전후 방향으로 이동가능하게 구성한다. 그리고, 제2 실시형태와 같이, 이 제2 가동판 및 가동판(34) 중 하나를 구동해도 된다. 이 경우, 제2 가동판과 가동판(34) 중 어느 것을 구동하는 경우라도 제2 실시형태와 마찬가지로 동기기로서 기능하기 때문에, 효율을 높일 수 있다. 또한, 전기자(5a)를 제3 가동판으로 연결하고, 제3 가동판과 일체로 전후 방향으로 이동가능하게 구성해도 된다. 이 경우에도 동기기로서 기능하기 때문에, 효율을 높일 수 있다.

또, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a) 대신, 제1 및 제2 전자석(4e, 6e) 또는 제1 및 제2 영구 자석(4g, 6g)을 사용해도 된다. 그 경우에는, 제1 실시형태의 제1 또는 제2 변형예에 의한 상술한 효과를 동일하게 얻을 수 있다.

또한, 제1 및 제2 이동 자계의 제어를, 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행하고 있지만, 케이스(31) 또는 제1∼제3 스테이터(4∼6)의 임의의 부위와, 가동판(34) 또는 제1 및 제2 이동자(32, 33)의 임의의 부위와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행해도 된다.

다음으로, 도 19를 참조하면서 본 발명의 제4 실시형태에 의한 전동기(40)에 관해 설명한다. 이 전동기(40)는, 제1 실시형태의 전동기(1)를 2개의 전동기로 분할하여 양자를 기어 기구로 연결한 것이다. 동 도면에서, 전동기(40)의 구성 요소 중, 제1 실시형태의 전동기(1)와 동일한 것은 동일한 부호를 사용하여 나타내고 있다. 이하, 제1 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.

이 전동기(40)는, 제1 전동기(41), 제2 전동기(42) 및 기어부(43)를 갖고 있다. 제1 전동기(41)는, 제1 실시형태의 전동기(1)의 제2 스테이터(6) 및 제2 로터(8) 이외의 구성 요소로 구성되어 있고, 전기자(5a)의 각 철심(5c)의 제1 로터(7)와 역측의 단부는 측벽(2c)에 부착되어 있다. 또, 전기자(5a)는 제1 가변 전원(16a)에 접속되어 있고, 제1 실시형태와 달리, 제1 전기자 자극 및 제1 회전 자계만을 발생시킨다. 또한, 제1 전동기(41)의 축(41a)은 기어부(43)에 연결되어 있다.

제2 전동기(42)는, 전동기(1)의 제1 스테이터(4) 및 제1 로터(7) 이외의 구성 요소로 구성되어 있고, 전기자(5a)의 각 철심(5c)의 제2 로터(8)와 역측의 단부는 측벽(2b)에 부착되어 있다. 또, 전기자(5a)는 제1 가변 전원(16a)과는 다른 제2 가변 전원(16b)에 접속되어 있고, 제2 전기자 자극 및 제2 회전 자계만을 제1 회전 자계의 회전 방향과 동일한 방향으로 발생시킨다. 또한, 제2 전동기(42)의 축(42a)은 기어부(43)에 연결되어 있다. 또, 전기자(5a), 제2 전자석(6a) 및 제2 코어(8a)는, 제1 전동기(41)의 전기자(5a), 제1 전자석(4a) 및 제1 코어(7a)와 각각 비교하여, 그 수가 m배로, 피치가 1/m으로 되어 있다. 이상의 구성에 의해, 제2 전동기(42)의 축(42a)은, 제1 전동기(41)의 축(41a)의 1/m의 회전 속도로 동일한 방향으로 회전한다. 또, 제2 전동기(42)의 축(42a)은 기어부(43)에 연결되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 제1 전동기(41)의 케이스(2)가 제1 및 제2 부재에, 제2 전동기(42)의 케이스(2)가 제4 및 제5 부재에, 축(41a 및 42a)이 제3 및 제6 부재에, 제1 및 제2 전동기(41, 42)의 제2 스테이터(5)가 제1 및 제2 전기자열에, 제1 및 제2 전동기(41, 42)의 전기자(5a)가 제1 및 제2 전기자에 각각 해당한다.

기어부(43)는 복수의 기어를 조합한 것이며, 축(42a)의 회전을 m배로 증속하여 축(41a)에 전달하도록 구성되어 있다.

제1 및 제2 전동기(41, 42)에는, 제1 및 제2 회전 위치 센서(50d, 50e)(제1 상대 위치 관계 검출 장치, 제2 상대 위치 관계 검출 장치)가 설치되어 있고, 이들 센서(50d, 50e)는 각각 축(41a, 42a)의 회전 위치를 나타내는 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다. ECU(17)는, 검출된 축(41a, 42a)의 회전 위치에 기초하여, 제1 전자석(4a) 및 전기자(5a)와 제1 코어(7a)와의 상대적인 위치 관계와, 제2 전자석(6a) 및 전기자(5a)와 제2 코어(8a)와의 상대적인 위치 관계를 구하고, 이들의 위치 관계에 기초하여 전기자(5a)의 3상 코일(5c)에 대한 통전을 제어하고, 이에 따라, 제1 및 제2 회전 자계를 제어한다.

또한, ECU(17)는, 제1 실시형태와 마찬가지로 축(41a, 42a)의 회전 속도와 제1 및 제2 전동기(41, 42)의 부하를 산출하고, 산출한 이들의 파라메터에 따라 전기자(5a), 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)에 공급되는 전류를 제어한다.

이상과 같이, 전동기(40)는, 제1 실시형태의 전동기(1)를 2개의 제1 및 제2 전동기(41, 42)로 분할하여 양자(41, 42)를 기어부(43)로 연결한 것이다. 또, 제2 전동기(42)의 축(42a)이 제1 전동기(41)의 축(41a)의 1/m의 속도로 회전하고, 축(42a)의 회전이 기어부(43)에서 m배로 증속된 상태로 축(41a)에 전달된다. 이상에 의해, 본 실시형태에 의하면 제1 실시형태의 효과를 동일하게 얻을 수 있다.

또한, 제2 전동기(42)를 제1 전동기(41)의 1/m의 회전 속도로 회전하도록 구성했지만, 이것과는 반대로, 제1 전동기(41)를 제2 전동기(42)의 1/m의 회전 속도로 회전하도록 구성해도 된다. 또한, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a) 대신, 제1 및 제2 전자석(4e, 6e) 또는 제1 및 제2 영구 자석(4g, 6g)을 사용해도 된다. 또한, 축(41a, 42a)을 반드시 동심형으로 배치할 필요는 없고, 예를 들어 서로 직교하도록 배치하여, 양자(41a, 42a)를 기어부(43)로 연결하도록 해도 된다.

또, 제1 및 제2 회전 자계의 제어를, 제1 전자석(4a) 및 전기자(5a)와 제1 코어(7a)와의 상대적인 위치 관계와, 제2 전자석(6a) 및 전기자(5a)와 제2 코어(8a)와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행하고 있지만, 제1 전동기(41)의 케이스(2) 또는 제1 및 제2 스테이터(4, 5)의 임의의 부위와 축(41a) 또는 제1 로터(7)의 임의의 부위와의 상대적인 위치 관계와, 제2 전동기(42)의 케이스(2) 또는 제2 및 제3 스테이터(5, 6)의 임의의 부위와 축(42a) 또는 제2 로터(8)의 임의의 부위와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행해도 된다.

다음으로, 도 20을 참조하면서 본 발명의 제5 실시형태에 의한 전동기(60)에 관해 설명한다. 이 전동기(60)는, 제4 실시형태와 마찬가지로 전동기(1)를 분할한 2개의 전동기를 기어 기구로 연결한 것이다. 동 도면에서, 전동기(60)의 구성 요소 중, 제4 실시형태의 전동기(40)와 동일한 것은 동일한 부호를 사용하여 나타내 고 있다. 이하, 제4 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.

이 전동기(60)는, 제1 전동기(61), 제2 전동기(71) 및 기어부(81)를 갖고 있다. 제1 전동기(61)는, 상술한 제4 실시형태의 제1 전동기(41)와 비교하여, 축(41a) 대신 제1 축(62) 및 제2 축(63)을 갖는 것과, 제1 스테이터(4) 대신 자석 로터(64)를 갖는 것이 주로 다르다.

제1 축(62)의 양단부는 베어링(9, 65)에 각각 회전가능하게 지지되어 있고, 제1 축(62)에는 기어(62a)가 설치되어 있다. 제2 축(63)은 원통형의 것이며, 베어링(10)에 회전가능하게 지지되어 있고, 제1 축(62)에 동심으로 회전가능하게 끼워맞춰져 있다. 또, 제2 축(63)에는, 상술한 제1 로터(7)의 플랜지(7b)와 기어(63a)가 설치되어 있다. 이에 따라, 제1 코어(7a)는 제2 축(63)과 일체로 회전가능하게 되어 있다.

자석 로터(64)는 복수의 제1 전자석(4a)을 갖고 있고, 이들 제1 전자석(4a)은 제1 축(62)에 설치된 플랜지(64a)에 부착되어 있고, 둘레 방향으로 나열되어 있다. 이에 따라, 제1 전자석(4a)은 제1 축(62)과 일체로 회전가능하게 되어 있다. 또, 제1 전자석(4a)의 수나 배치는 제1 실시형태와 동일하다. 또한, 제1 전자석(4a)은 슬립링(도시하지 않음)을 통해 가변 전원(15)에 접속되어 있다.

제2 전동기(71)는 제1 전동기(61)와 대칭으로 구성되어 있고, 제4 실시형태의 제2 전동기(42)와 비교하여, 축(42a) 대신 제1 축(72) 및 제2 축(73)을 갖는 것, 제3 스테이터(6) 대신 자석 로터(74)를 갖는 것, 전기자(5a) 및 제2 코어(8a)가 제1 실시형태와 각각 동일한 수로 동일하게 배치되어 있는 것이, 주로 다르다.

제1 축(72)의 양단부는 베어링(10, 75)에 각각 회전가능하게 지지되어 있고, 제1 축(72)에는 기어(72a)가 설치되어 있다. 제2 축(73)은 상술한 제2 축(63)과 마찬가지로 원통형의 것이며, 베어링(9)에 회전가능하게 지지되어 있고, 제1 축(72)에 회전가능하게 끼워맞춰져 있다. 또, 제2 축(73)에는 상술한 제2 로터(8)의 플랜지(8b)와 기어(73a)가 설치되어 있다. 이에 따라, 제2 코어(8a)는 제2 축(73)과 일체로 회전가능하게 되어 있다.

자석 로터(74)는 복수의 제2 전자석(6a)을 갖고 있고, 이들 제2 전자석(6a)은 제1 축(72)에 설치된 플랜지(74a)에 부착되어 있고, 둘레 방향으로 나열되어 있다. 이 구성에 의해, 제2 전자석(6a)은 제1 축(72)과 일체로 회전가능하게 되어 있다. 제2 전자석(6a)의 수나 배치는 제1 실시형태와 동일하다. 제2 전자석(6a)은, 제1 전자석(4a)과 마찬가지로 슬립링(도시하지 않음)을 통해 가변 전원(15)에 접속되어 있다.

기어부(81)는 제1 및 제2 기어축(82, 83)을 갖고 있다. 제1 기어축(82)의 제1 및 제2 기어(82a, 82b)는, 제1 축(62, 72)의 기어(62a 및 72a)에 각각 맞물려 있다. 이에 따라, 제1 축(62 및 72)은 서로 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전하도록 되어 있다. 또, 제2 기어축(83)의 제1 및 제2 기어(83a, 83b)는, 제2 축(63, 73)의 기어(63a 및 73a)에 각각 맞물려 있다. 이에 따라, 제2 축(63 및 73)은 서로 동일한 방향으로 동일한 속도로 회전하도록 되어 있다.

또, 제1 전동기(61)에는 제1 및 제2 회전 위치 센서(91, 92)(제1 상대 위치 관계 검출 장치, 제2 상대 위치 관계 검출 장치)가 설치되어 있다. 양자(91, 92) 는 각각 제1 및 제2 축(62, 72, 63, 73)의 회전 위치를 나타내는 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다. ECU(17)는, 검출된 이들 회전 위치에 기초하여, 제2 실시형태와 마찬가지로, 제1 및 제2 전동기(61, 71)의 전기자(5a)와, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)와의 상대적인 위치 관계를 구하고, 이 위치 관계에 기초하여 제1 및 제2 전동기(61, 71)의 전기자(5a)의 3상 코일(5c)에 대한 통전을 제어하고, 이에 따라, 제1 및 제2 회전 자계를 각각 제어한다.

또한, 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 전동기(61, 71)의 케이스(2)가 제1 및 제4 부재에, 제1 축(62 및 72)이 제2 및 제5 부재에, 제2 축(63 및 73)이 제3 및 제6 부재에 각각 해당한다. 또, 제1 및 제2 전동기(61, 71)의 제2 스테이터(5)가 제1 및 제2 전기자열에, 제1 및 제2 전동기(61, 71)의 전기자(5a)가 제1 및 제2 전기자에, 자석 로터(64, 74)가 제1 및 제2 자극열에 각각 해당한다.

이상의 구성의 전동기(60)는, 제2 실시형태와 마찬가지로, 제1 축(62, 72) 및 제2 축(63, 73) 중 하나를 고정, 또는 이들 중 하나에 동력을 입력한 상태로, 이들 중 다른 하나를 회전시키도록 구성되어 있다. 이상에 의해, 본 실시형태에 의하면 제2 실시형태의 효과를 동일하게 얻을 수 있다.

또한, 제4 실시형태와 같이, 예를 들어, 제1 및 제2 전동기(61, 71) 중 하나를, 양자 중 다른 하나의 1/m의 회전 속도로 회전하도록 구성하고, 이 하나의 회전을 다른 하나에 m배로 증속한 상태로 전달하도록 기어부(81)를 구성해도 된다. 또, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a) 대신, 제1 및 제2 전자석(4e, 6e) 또는 제1 및 제2 영구 자석(4g, 6g)을 사용해도 된다. 또한, 제1 및 제2 축(62, 63)과 제1 및 제2 축(72, 73)을 반드시 동심형으로 배치할 필요는 없고, 예를 들어 서로 직교하도록 배치하고, 제1 및 제2 축(62, 63)과 제1 및 제2 축(72, 73)을 기어부(81)로 연결하도록 해도 된다.

또, 제1 및 제2 회전 자계의 제어를, 제1 및 제2 전동기(61, 71)의 전기자(5a)와, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)과, 제1 및 제2 코어(7a, 8a)와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행하고 있지만, 제1 및 제2 전동기(61, 71)의 케이스(2) 또는 제2 스테이터(5)의 각각의 임의의 부위와, 제1 축(62, 72) 또는 자석 로터(64, 74)의 각각의 임의의 부위와, 제2 축(63, 73) 또는 제1 및 제2 로터(7, 8)의 각각의 임의의 부위와의 상대적인 위치 관계에 기초하여 행해도 된다.

다음으로, 도 21을 참조하면서 본 발명의 제6 실시형태에 의한 전동기(100)에 관해 설명한다. 이 전동기(100)는 전동기 본체(101)를 구비하고 있고, 이 전동기 본체(101)는, 도 11 등을 사용하여 설명한 제2 실시형태의 전동기(20)와 완전히 동일하게 구성되어 있다. 동 도면에서, 전동기(100)의 구성 요소 중 제2 실시형태와 동일한 것은 동일한 부호를 사용하여 나타내고 있다. 이하, 제2 실시형태와 다른 점을 중심으로 설명한다. 본 실시형태에서는, ECU(17)가 상대 위치 관계 검출 장치 및 제어 장치에 해당한다.

도 21에 나타낸 바와 같이, 전동기 본체(101)에는, 제1∼제3 전류 센서(102∼104)와, 제1 및 제2 회전 위치 센서(105, 106)(상대 위치 관계 검출 장치)가 설치되어 있다. 제1∼제3 전류 센서(102∼104)는 각각, 스테이터(24)(도 11 참조)의 U상∼W상의 코일(24c)을 각각 흐르는 전류(이하, 각각 「U상 전류(Iu)」「V상 전 류(Iv)」「W상 전류(Iw)」라고 함)를 나타내는 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다. 또, 제1 회전 위치 센서(105)는, 스테이터(24)의 임의의 하나의 전기자(24a)(이하 「기준 전기자」라고 함)에 대한 제1 로터(23)의 임의의 하나의 제1 영구 자석(23a)의 회전 각도 위치(이하 「제1 로터 회전각(θ1)」라고 함)를 검출하여, 그 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다. 또한, 제2 회전 위치 센서(106)는, 상기 기준 전기자에 대한 제2 로터(25)의 임의의 하나의 제1 코어(25a)의 회전 각도 위치(이하 「제2 로터 회전각(θ2)」라고 함)를 검출하여, 그 검출 신호를 ECU(17)에 출력한다.

ECU(17)는, 상술한 각종 센서(102∼106)로부터의 검출 신호에 따라 전동기 본체(101)에 대한 통전을 제어함으로써, 상술한 스테이터(24)에서 발생하는 제1 및 제2 회전 자계를 제어한다. 이 제어는, 전동기 본체(101)의 전압 방정식에 기초하여 행해진다.

이 전동기 본체(101)의 전압 방정식은 다음과 같이 하여 구해진다. 즉, 전동기 본체(101)는, 일반적인 1로터 타입의 브러시리스 DC 모터와 비교하여, 스테이터(24)의 구성은 동일한 데 비해, 영구 자석 등으로 구성된 제1 로터(23) 뿐만 아니라, 연자성체 등으로 구성된 제2 로터(25)를 갖는 점이 다르다. 이 때문에, U상∼W상의 전류(Iu, Iv, Iw)에 대한 전압은, 일반적인 브러시리스 DC 모터의 경우와 거의 동일한 데 비해, 제1 및 제2 로터(23, 25)의 회전에 따라 U상∼W상의 코일(24c)에 발생하는 역기전압은 일반적인 브러시리스 DC 모터의 경우와 다르다.

이 역기전압은 다음과 같이 하여 구해진다. 도 22는, 제1 영구 자석(23a)이 나 제1 코어(25a), 스테이터(24)에 해당하는 등가 회로를 나타내고 있다. 동 도면 은, 편의상 극수=2의 경우를 나타내고 있지만, 전동기 본체(101)의 극수는 상술한 전동기(20)와 마찬가지로 2n이다. 이 경우, 제1 코어(25a)를 통하지 않고, U상∼W상의 코일(24c)을 각각 직접 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속(Ψua1, Ψva1, Ψwa1)은, 다음 식 (4)∼(6)으로 각각 나타낸다.

여기서, Ψfb는 각 상의 코일(24c)을 직접 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속의 최대값이고, θe1는 제1 로터 전기각이다. 이 제1 로터 전기각(θe1)은, 소위 기계각인 제1 로터 회전각(θ1)을 전기 각도 위치로 환산한 값이고, 구체적으로는, 제1 로터 회전각(θ1)에 극수의 1/2을 곱한 값이다.

또, 제1 코어(25a)를 통해 U상∼W상의 코일(24c)을 각각 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속(Ψua2, Ψva2, Ψwa2)은, 다음 식 (7)∼(9)로 각각 나타낸다.

여기서, Ψfa는 제1 코어(25a)를 통해 각 상의 코일(24c)을 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속의 최대값이고, θe2는 제2 로터 전기각이다. 이 제2 로터 전 기각(θe2)은, 상술한 제1 로터 전기각(θe1)과 마찬가지로, 기계각인 제2 로터 회전각(θ2)을 전기 각도 위치로 환산한 값이고, 구체적으로는, 제2 로터 회전각(θ2)에 극수의 1/2을 곱한 값이다.

U상∼W상의 코일(24c)을 각각 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속(Ψua, Ψva, Ψwa)은, 상술한 U상∼W상의 코일(24c)을 직접 통과하는 자속(Ψua1, Ψva1, Ψwa1)과, 제1 코어(25a)를 통해 통과하는 자속(Ψua2, Ψva2, Ψwa2)의 합, 즉 (Ψua1+Ψua2), (Ψva1+Ψva2) 및 (Ψwa1+Ψwa2)으로 각각 나타낸다. 따라서, 이들 자속(Ψua, Ψva, Ψwa)은, 상술한 식 (4)∼(9)로부터 다음 식 (10)∼(12)로 각각 나타낸다.

또, 이들 식 (10)∼(12)를 변형하면, 다음 식 (13)∼(15)를 얻을 수 있다.

또한, U상∼W상의 코일(24c)을 각각 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속(Ψ ua, Ψva, Ψwa)을 시간 미분함으로써, 제1 영구 자석(23a) 및/또는 제1 코어(25a)의 회전에 따라 U상∼W상의 코일(24c)에 발생하는 역기전압(이하, 각각 「제1 U상 역기전압(Vcu1)」「제1 V상 역기전압(Vcv1)」「제1 W상 역기전압(Vcw1)」라고 함)이 각각 얻어진다. 따라서, 이들 제1 U상∼W상의 역기전압(Vcu1, Vcv1, Vcw1)은, 식 (13)∼(15)을 시간 미분함으로써 얻어진 다음 식 (16)∼(18)로 각각 나타낸다.

여기서, ωe2는 θe2의 시간 미분값, 즉 제2 로터(25)의 각속도를 전기각 속도로 환산한 값(이하 「제2 로터 전기각 속도」라고 함)이고, ωe1는 θe1의 시간 미분값, 즉 제1 로터(23)의 각속도를 전기각 속도로 환산한 값(이하 「제1 로터 전기각 속도」라고 함)이다.

또, 도 23은, 제2 영구 자석(23b)이나 제2 코어(25b), 스테이터(24)에 해당하는 등가 회로를 나타내고 있다. 이 경우, 제2 영구 자석(23b) 및/또는 제2 코어(25b)의 회전에 따라 U상∼W상의 코일(24c)에 발생하는 역기전압은, 상술한 제1 영구 자석(23a) 및 제1 코어(25a)의 경우와 마찬가지로, 다음과 같이 하여 구해진다. 이하, 이들 U상∼W상의 코일(24c)에 발생하는 역기전압을 각각 「제2 U상 역 기전압(Vcu2)」「제2 V상 역기전압(Vcv2)」「제2 W상 역기전압(Vcw2)」라고 한다.

즉, 상술한 바와 같이 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)은 서로 일체이기 때문에, 각 상의 코일(24c)을 직접 통과하는 제2 영구 자석(23b)의 자속의 최대값은, 각 상의 코일(24c)을 직접 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속의 최대값과 같고, 또한 제2 코어(25b)를 통해 각 상의 코일(24c)을 통과하는 제2 영구 자석(23b)의 자속의 최대값은, 제1 코어(25a)를 통해 각 상의 코일(24c)을 통과하는 제1 영구 자석(23a)의 자속의 최대값과 같다. 또, 상술한 바와 같이, 제2 코어(25b)는 제1 코어(25a)에 대해 둘레 방향으로 서로 다르게 나열되어 있고, 그 중심이 제1 코어(25a)의 중심에 대해 소정 각도(θ)의 1/2 어긋나 있다. 즉, 제1 및 제2 코어(25a, 25b)의 전기 각도 위치는 서로 전기각으로서 π/2 어긋나 있다(도 23 참조). 이상으로부터, U상∼W상의 코일(24c)을 각각 통과하는 제2 영구 자석(23b)의 자속(Ψub, Ψvb, Ψwb)(즉 제2 코어(25b)을 통해 통과하는 자속과, 통하지 않고 직접 통과하는 자속과의 합)은, 다음 식 (19)∼(21)로 각각 나타낸다.

또, 이들 식 (19)∼(21)을 변형하면, 다음 식 (22)∼(24)를 얻을 수 있다.

또한, U상∼W상의 코일(24c)을 각각 통과하는 제2 영구 자석(23b)의 자속(Ψub, Ψvb, Ψwb)을 시간 미분함으로써, 상술한 제2 U상∼W상의 역기전압(Vcu2, Vcv2, Vcw2)이 각각 얻어진다. 따라서, 이들 역기전압(Vcu2, Vcv2, Vcw2)은, 식 (22)∼(24)을 시간 미분함으로써 얻어진 다음 식 (25)∼(27)로 각각 나타낸다.

또, 상술한 바와 같이, 스테이터(24)는 그 철심(24b)의 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)측의 단부에, 서로 다른 극성의 자극이 발생하도록 구성되어 있다. 또한, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b) 중 축선 방향으로 나열된 것끼리의 극성은, 동일하게 되어 있다. 이러한 것에서 분명한 바와 같이, 축선 방향으로 나열된 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)의 상술한 기준 전기자에 대한 전기 각도 위치는, 서로 전기각으로서 π 어긋나 있다. 이 때문에, 제1 및/또는 제2 로터(23, 25)의 회전 에 따라 U상∼W상의 코일(24c)에 발생하는 역기전압(Vcu, Vcv, Vcw)은 각각, 상술한 제1 U상∼W상의 역기전압(Vcu1, Vcv1, Vcw1)과 제2 U상∼W상의 역기전압(Vcu2, Vcv2, Vcw2)과의 차, 즉 (Vcua-Vcub), (Vcva-Vcvb) 및 (Vcwa-Vcwb)이 된다. 따라서, 이들 역기전압(Vcu, Vcv, Vcw)은, 식 (16)∼(18) 및 식 (25)∼(27)로부터 다음 식 (28)∼(30)으로 나타낸다.

여기서, U상∼W상의 코일(24c)의 전압(이하 각각 「U상 전압(Vu)」「V상 전압(Vv)」「W상 전압(Vw)」라고 함)은, U상∼W상의 전류(Iu, Iv, Iw)에 대한 전압과, U상∼W상의 코일(24c)의 역기전압(Vcu, Vcv, Vcw)과의 합으로 각각 나타낸다. 따라서, 전동기 본체(101)의 전압 방정식은, 다음 식 (31)로 나타낸다.

여기서, 상술한 바와 같이, Ru, Rv 및 Rw는 각각 U상∼W상의 코일(24c)의 저항이고, Lu, Lv 및 Lw는 각각 U상∼W상의 코일(24c)의 자기 인덕턴스이고, 모두 소정치이다. 또, Muv는 U상 코일(24c)과 V상 코일(24c) 사이의 상호 인덕턴스이고, Mvw는 V상 코일(24c)과 W상 코일(24c) 사이의 상호 인덕턴스이고, Mwu는 W상 코일(24c)과 U상 코일(24c) 사이의 상호 인덕턴스이고, 모두 소정치이다. 또한, s는 미분 연산자이다.

한편, 상술한 바와 같이, 일반적인 브러시리스 DC 모터의 전압 방정식은 식 (2)로 나타낸다. 상기 식 (31)과 식 (2)의 비교에서 분명한 바와 같이, 전동기 본체(101)의 전압 방정식은, (2θe2-θe1) 및 (2ωe2-ωe1)을 로터의 전기 각도 위치(θe) 및 전기각 속도(ωe)로 각각 치환하면, 일반적인 브러시리스 DC 모터의 전압 방정식과 동일해진다. 이것에서, 전동기 본체(101)를 작동시키기 위해서는, 상술한 제1 및 제2 회전 자계의 벡터의 전기 각도 위치를 (2θe2-θe1)로 나타내는 전기 각도 위치로 제어하면 되는 것을 알 수 있다. 또, 이것은, 극수나 코일(24c)의 상수에 관계없이 성립하고, 상술한 제3 실시형태의 리니어 모터로서 구성된 전동기(30)에서도 동일하게 성립한다.

ECU(17)는, 이러한 관점에 기초하여 제1 및 제2 회전 자계를 제어한다. 구체적으로는, 도 21에 나타낸 바와 같이, ECU(17)는, 목표 전류 산출부(17a), 전기각 변환기(17b), 전류 좌표 변환기(17c), 편차 산출부(17d), 전류 제어기(17e) 및 전압 좌표 변환기(17f)를 갖고 있고, 벡터 제어에 의해 U상∼W상의 전류(Iu, Iv, Iw)를 제어함으로써, 제1 및 제2 회전 자계를 제어한다.

상기 목표 전류 산출부(17a)는, 후술하는 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)의 목표치(이하, 각각 「목표 d축 전류(Id_tar)」「목표 q축 전류(Iq_tar)」라고 함)를 산출하고, 산출한 목표 d축 전류(Id) 및 목표 q축 전류(Iq)를 편차 산출부(17d) 에 출력한다. 또한, 이들 목표 d축 전류(Id) 및 목표 q축 전류(Iq)는, 예를 들어 전동기 본체(101)의 부하 등에 따라 산출된다.

전기각 변환기(17b)에는, 제1 및 제2 회전 위치 센서(105, 106)에서 각각 검출된 제1 및 제2 로터 회전각(θ1, θ2)이 입력된다. 전기각 변환기(17b)는, 입력된 제1 및 제2 로터 회전각(θ1, θ2)에 극수의 1/2을 곱함으로써, 상술한 제1 및 제2 로터 전기각(θe1, θe2)을 산출한다. 또, 산출한 제1 및 제2 로터 전기각(θe1, θe2)을 전류 좌표 변환기(17c) 및 전압 좌표 변환기(17f)에 출력한다.

전류 좌표 변환기(17c)에는, 제1 및 제2 로터 전기각(θe1, θe2) 뿐만 아니라, 제1∼제3 전류 센서(102∼104)에서 각각 검출된 U상∼W상의 전류(Iu, Iv, Iw)가 입력된다. 전류 좌표 변환기(17c)는, 입력된 3상 교류 좌표상에서의 U상∼W상의 전류(Iu, Iv, Iw)를, 제1 및 제2 로터 전기각(θe1, θe2)에 기초하여 dq 좌표상에서의 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)로 변환한다. 이 dq 좌표는, (2θe2-θe1)을 d축으로 하고, 이 d축에 직교하는 축을 q축으로 하여 (2ωe2-ωe1)로 회전하는 것이다. 구체적으로는, d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)는, 다음 식 (32)에 의해 산출된다.

또, 전류 좌표 변환기(17c)는, 산출한 d축 전류(Id) 및 q축 전류(Iq)를 편차 산출부(17d)에 출력한다.

편차 산출부(17d)는, 입력된 목표 d축 전류(Id_tar)와 d축 전류(Id)와의 편차(이하 「d축 전류 편차(dId)」라고 함)를 산출하고, 입력된 목표 q축 전류(Iq_tar)와 q축 전류(Iq)와의 편차(이하 「q축 전류 편차(dIq)」라고 함)를 산출한다. 또, 산출한 d축 전류 편차(dId) 및 q축 전류 편차(dIq)를 전류 제어기(17e)에 출력한다.

전류 제어기(17e)는, 입력된 d축 전류 편차(dId) 및 q축 전류 편차(dIq)에 기초하여, 소정의 피드백 제어 알고리즘, 예를 들어 PI 제어 알고리즘에 의해 d축 전압(Vd) 및 q축 전압(Vq)을 산출한다. 이에 따라, d축 전압(Vd)은 d축 전류(Id)가 목표 d축 전류(Id_tar)가 되도록 산출되고, q축 전압(Vq)은 q축 전류(Iq)가 목표 q축 전류(Iq_tar)가 되도록 산출된다. 또, 산출한 d축 및 q축의 전압(Vd, Vq)을 전압 좌표 변환기(17f)에 출력한다.

전압 좌표 변환기(17f)는, 입력된 d축 전압(Vd) 및 q축 전압(Vq)을, 입력된 제1 및 제2 로터 전기각(θe1, θe2)에 기초하여, 3상 교류 좌표상에서의 U상∼W상의 전압(Vu, Vv, Vw)의 지령치(이하, 각각 「U상 전압 지령치(Vu_cmd)」「V상 전압 지령치(Vv_cmd)」「W상 전압 지령치(Vw_cmd)」라고 함)로 변환한다. 구체적으로는, U상∼W상의 전압 지령치(Vu_cmd, Vv_cmd, Vw_cmd)는, 다음 식 (33)에 의해 산출된다.

또, 전압 좌표 변환기(17f)는, 산출한 U상∼W상의 전압 지령치(Vu_cmd, Vv_cmd, Vw_cmd)를 상술한 가변 전원(16)에 출력한다.

이에 따라, 가변 전원(16)은, U상∼W상의 전압(Vu, Vv, Vw)을 U상∼W상의 전압 지령치(Vu_cmd, Vv_cmd, Vw_cmd)가 각각 되도록 전동기 본체(101)에 인가한다. 이에 따라, U상∼W상의 전류(Iu∼Iw)가 제어된다. 이 경우, 이들 전류(Iu∼Iw)는, 다음 식 (34)∼(36)으로 각각 나타낸다.

여기서, I는, 목표 d축 전류(Id_tar) 및 목표 q축 전류(Iq_tar)에 기초하여 정해지는 각 상의 전류의 진폭이다.

상기와 같은 전류 제어에 의해, 제1 및 제2 회전 자계의 벡터의 전기 각도 위치를 (2θe2-θe1)로 나타내는 전기 각도 위치로 제어되고, 제1 및 제2 회전 자계의 전기각 속도(이하 「자계 전기각 속도(ωMF)」라고 함)가 (2ωe2-ωe1)로 나타내는 전기각 속도로 제어된다. 그 결과, 자계 전기각 속도(ωMF), 제1 및 제2 로터 전기각 속도(ωe1, ωe2)의 관계는, 다음 식 (37)로 나타내고, 예를 들어 도 24와 같이 나타내고, 동 도면에 나타낸 바와 같이 공선 관계가 된다.

또, U상∼W상의 전류(Iu, Iv, Iw)가 흐름으로써 발생하는 기계적 출력(W)은, 릴럭턴스분을 제외하면 다음 식 (38)로 나타낸다.

이 식 (38)에 식 (28)∼(30) 및 식 (34)∼(36)을 대입하여 정리하면, 다음 식 (39)를 얻을 수 있다.

이 기계적 출력(W)과, 제1 및 제2 로터(23, 25)의 토크(이하, 각각 「제1 로터 토크(T1)」「제2 로터 토크(T2)」라고 함)와, 제1 및 제2 로터 전기각 속도(ωe1, ωe2)의 관계는, 다음 식 (40)으로 나타낸다.

이들 식 (39)와 식 (40)에서 분명한 바와 같이, 제1 및 제2 로터 토크(T1, T2)는, 다음 식 (41) 및 (42)로 각각 나타낸다.

즉, 제1 로터 토크(T1)와 제2 로터 토크(T2) 사이에는 ｜T1｜:｜T2｜=1 : 2가 성립한다.

또, 제1 및 제2 로터 전기각 속도(ωe1, ωe2) 모두를 일정하게 제어하는 정속 제어중에는, 제1 및 제2 로터 회전각(θ1, θ2) 및 제1 및 제2 로터 전기각 속도(ωe1, ωe2)를 검출하지 않고, 자계 전기각 속도(ωeF)를 (2ㆍωe2REF-ωe1REF)로 나타내는 전기각 속도로 제어한다. 여기서, ωe2REF는 제2 로터 전기각 속도(ωe2)의 소정치이고, ωe1REF는 제1 로터 전기각 속도(ωe1)의 소정치이다.

이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 제1 및 제2 회전 자계의 벡터의 전기 각도 위치를 (2θe2-θe1)로 나타내는 전기 각도 위치로 제어하고, 자계 전기각 속도(ωMF)를 제1 및 제2 로터 전기각 속도(ωe1, ωe2) 사이에 공선 관계를 만족하도록 제어하기 때문에, 전동기 본체(101)의 적절한 동작을 확보할 수 있다. 또, 제1 영구 자석(23a) 및 제1 코어(25a)의 회전 각도 위치만을 검출하면 되기 때문에, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b) 및 제1 및 제2 코어(25a, 25b)의 회전 각도 위치를 각각 별개의 센서로 검출하는 경우에 비해 부품수를 삭감할 수 있고, 이에 따라, 제조 비용을 삭감할 수 있고 전동기(100)를 소형화할 수 있다.

또한, 토크나 회전수의 제어용 맵으로서 (2ωe2-ωe1)과 토크와 전압의 관계를 나타내는 맵을 실험으로 구하고, 그와 같은 맵에 따라 제1 및 제2 회전 자계를 제어하면 되기 때문에, 제1 및 제2 로터(23, 25)마다 맵을 준비할 필요가 없고, 그 제어가 매우 용이하고, ECU(17)의 메모리의 삭감이나 연산 부하의 저감이 가능해진다.

또한, 본 실시형태에 의한 제어 수법은, 이하와 같이 하여, 제1∼제5 실시형태의 전동기(1, 20, 30, 40, 60)에도 적용할 수 있다. 우선, 제1 실시형태의 전동기(1)의 경우에는, 제1 및 제2 회전 자계를 다음과 같이 하여 제어하면 된다. 즉, 기준 전기자에 대한 제1 코어(7a)의 전기 각도 위치를 센서 등으로 검출하여, 제2 로터 전기각(θe2)으로서 사용한다. 또, 제1 및 제2 영구 자석(23a, 23b)에 대응하는 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)이 상술한 바와 같은 위치에 고정되어 있기 때문에, 제1 로터 전기각(θe1)을 0 값으로 하여, 제1 및 제2 회전 자계의 벡터의 전기 각도 위치를 2θe2로 나타내는 전기 각도 위치로 제어하고, 자계 전기각 속도(ωMF)를 2ωe2로 나타내는 전기각 속도로 제어하면 된다. 제2 실시형태의 경우는 본 실시형태와 완전히 동일하므로, 그 설명은 생략한다.

제3 실시형태의 전동기(30)의 경우에는, 상술한 제1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 기준 전기자에 대한 제1 코어(7a)의 전기 각도 위치를 센서 등으로 검출하고, 제2 로터 전기각(θe2)으로서 사용하여, 제1 및 제2 이동 자계의 벡터의 전기 각도 위치를 2θe2로 나타내는 전기 각도 위치로 제어하고, 제1 및 제2 이동 자계의 전기각 속도를 2ωe2로 나타내는 전기각 속도로 제어하면 된다. 또, 제3 실시형태에 있어서, 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)을 제2 가동판과 일체로 이동가능하게 구성한 경우에는, 기준 전기자에 대한 제1 전자석(4a)의 전기 각도 위치를 검출하고, 제1 로터 전기각(θe1)으로서 사용하여, 제1 및 제2 이동 자계의 벡터의 전기 각도 위치를 (2θe2-θe1)로 나타내는 전기 각도 위치로 제어하고, 제1 및 제2 이동 자계의 전기각 속도를 (2ωe2-ωe1)로 나타내는 전기각 속도로 제어하면 된다.

제4 실시형태의 전동기(40)의 경우에는, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)이 상술한 바와 같은 위치에 고정되어 있기 때문에, 제1 실시형태의 경우와 마찬가지로, 제1 로터 전기각(θe1)을 0 값으로 한다. 또, 전동기(40)가 제1 및 제2 전동기(41, 42)로 분할되어 있지만, 후자의 극수가 전자의 m배의 관계에 있기 때문에, 제1 전동기(41)의 전기자(5a)에 대한 제1 코어(7a)의 전기 각도 위치와, 제2 전동기(42)의 전기자(5a)에 대한 제2 코어(8a)의 전기 각도 위치가 서로 전기각으로서 π/2 어긋나 있는 것은, 제1 실시형태와 동일하다. 따라서, 제1 코어(7a)의 전기 각도 위치를 센서 등으로 검출하여, 제2 로터 전기각(θe2)으로서 사용하고, 제1 및 제2 회전 자계를 제1 실시형태의 경우와 동일하게 하여 제어하면 된다.

또, 제5 실시형태의 전동기(60)는, 제4 실시형태와 달리, 제1 및 제2 전자석(4a, 6a)이 회전가능하게 구성되어 있지만, 양자의 수나 위치가 제1 실시형태와 동일하기 때문에, 제1 전동기(61)의 전기자(5a)에 대한 제1 전자석(4a)의 전기 각도 위치와, 제2 전동기(71)의 전기자(5a)에 대한 제2 전자석(6a)의 전기 각도 위치는 서로 동일해진다. 이상으로부터, 이 전동기(60)의 경우에는, 제1 전자석(4a)의 전기 각도 위치를 검출하여, 제1 로터 전기각(θe1)으로서 사용하고, 제1 코어(7a)의 전기 각도 위치를 센서 등으로 검출하여, 제2 로터 전기각(θe2)으로서 사용하 고, 제1 및 제2 회전 자계를 제2 실시형태의 경우와 동일하게 하여 제어하면 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 제1 로터 회전각(θ1)으로서, 기준 전기자에 대한 제1 영구 자석(23a)의 회전 각도 위치를 사용하고 있지만, 제2 영구 자석(23b)의 회전 각도 위치를 사용해도 되고, 또는, 케이스(2) 또는 스테이터(24)의 임의의 부위에 대한 제1 축(21) 또는 제1 로터(23)의 임의의 부위의 회전 각도 위치를 사용해도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 제2 로터 회전각(θ2)으로서, 기준 전기자에 대한 제1 코어(25a)의 회전 각도 위치를 사용하고 있지만, 제2 코어(25b)의 회전 각도 위치를 사용해도 되고, 또는, 케이스(2) 또는 스테이터(24)의 임의의 부위에 대한 제2 축(22) 또는 제2 로터(25)의 임의의 부위의 회전 각도 위치를 사용해도 된다. 또한, 극수=2인 경우에는, 제1 및 제2 로터 회전각(θ1, θ2)을 전기 각도 위치로 변환하지 않고, 제1 및 제2 회전 자계의 제어에 그대로 사용해도 되는 것은 물론이다.

또, 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 회전 자계의 제어를 U상∼W상의 전류(Iu, Iv, Iw)의 벡터 제어에 의해 행하고 있지만, 제1 및 제2 회전 자계의 벡터의 전기 각도 위치를 (2θe2-θe1)로 나타내는 전기 각도 위치로 제어하고, 자계 전기각 속도(ωMF)를 (2ωe2-ωe1)로 나타내는 전기각 속도가 되도록 제어할 수 있는 것이라면 다른 임의의 수법에 의해 행해도 된다. 예를 들어, 제1 및 제2 회전 자계의 제어를 U상∼W상의 전압(Vu, Vv, Vw)의 제어에 의해 행해도 된다. 이상의 것은, 본 실시형태의 제어 수법을 제1∼제5 실시형태의 전동기(1, 20, 30, 40, 60)에 적용한 경우에도 동일하게 적용된다.

또한, 본 발명은 설명한 실시형태에 한정되지 않고, 여러가지 형태로 실시할 수 있다. 예를 들어, 본 실시형태에서는, 제1 및 제2 전자석(4a, 4e, 6a, 6e), 전기자(5a, 24a), 제1 및 제2 코어(7a, 25a, 8a, 25b), 제1 및 제2 영구 자석(4g, 23a, 6g, 23b)을 각각 등간격으로 배치하고 있지만, 부등 간격으로 배치해도 된다. 또, 본 실시형태에서는, 전동기(1, 20 및 40)에서, 제1 코어(7a, 25a)의 수를 제1 전기자 자극 및 제1 자극의 수와, 제2 코어(8a, 25b)의 수를 제2 전기자 자극 및 제2 자극의 수와, 각각 동일하게 설정하고 있지만, 제1 코어(7a, 25a)의 수 및 제2 코어(8a, 25b)의 수를, 보다 작은 값으로 설정해도 된다.

또한, 본 실시형태에서는, 전기자(5a, 24a)의 코일(5c, 24c)을 U상, V상 및 W상의 3상 코일로 구성하고 있지만, 이 상수는 이에 한정되지 않는 것은 물론이다. 또, 본 실시형태에서는, 코일(5c, 24c)을 집중 감기로 철심(5b, 24b)에 감고 있지만, 이 감는 방법은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 물결 감기이어도 된다. 또한, 본 실시형태에서는, 전동기(1, 20, 30, 40, 60) 및 전동기 본체(101)를 제어하는 제어 장치로서 ECU(17)를 사용하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 예를 들어, 마이크로 컴퓨터를 탑재한 전기 회로 등을 사용해도 된다. 그 밖에, 본 발명의 취지의 범위내에서 세부 구성을 적절하게 변경할 수 있다.

본 발명의 전동기는 효율을 높이는 데 있어서 매우 유용하다.

Claims (16)

1. 제1 소정 방향으로 나열된 복수의 제1 전기자로 구성되고, 전력의 공급에 따라 그 복수의 제1 전기자에 발생하는 자극에 의해, 상기 제1 소정 방향을 따라서 이동하는 제1 이동 자계를 발생시키는 제1 전기자열(電機子列)이 설치된 제1 부재와,

   상기 제1 소정 방향으로 나열된 복수의 제1 자극으로 구성되고, 인접하는 각 2개의 상기 제1 자극이 서로 다른 극성을 가지며 상기 제1 전기자열에 대향하도록 배치된 제1 자극열이 설치된 제2 부재와,

   서로 소정 간격으로 상기 제1 소정 방향으로 나열된 복수의 제1 연자성체로 구성되고, 상기 제1 전기자열과 상기 제1 자극열 사이에 배치된 제1 연자성체열이 설치된 제3 부재와,

   제2 소정 방향으로 나열된 복수의 제2 전기자로 구성되고, 전력의 공급에 따라 그 복수의 제2 전기자에 발생하는 자극에 의해, 상기 제2 소정 방향을 따라서 이동하는 제2 이동 자계를 발생시키는 제2 전기자열이 설치된 제4 부재와,

   상기 제2 소정 방향으로 나열된 복수의 제2 자극으로 구성되고, 인접하는 각 2개의 상기 제2 자극이 서로 다른 극성을 가지며 상기 제2 전기자열에 대향하도록 배치된 제2 자극열이 설치되고, 상기 제2 부재에 연결된 제5 부재와,

   서로 소정 간격으로 상기 제2 소정 방향으로 나열된 복수의 제2 연자성체로 구성되고, 상기 제2 전기자열과 상기 제2 자극열 사이에 배치된 제2 연자성체열이 설치되고, 상기 제3 부재에 연결된 제6 부재를 구비하고,

   상기 제1 전기자의 각 자극 및 상기 각 제1 자극이 서로 대향하는 제1 대향 위치에 있을 때에는, 상기 제2 전기자의 각 자극 및 상기 각 제2 자극이 서로 대향하는 제2 대향 위치에 위치하고, 상기 제1 대향 위치에 위치하는 상기 제1 전기자의 각 자극 및 상기 각 제1 자극이 서로 다른 극성일 때에는, 상기 제2 대향 위치에 위치하는 상기 제2 전기자의 각 자극 및 상기 각 제2 자극이 서로 동일 극성을 나타내고, 상기 제1 대향 위치에 위치하는 상기 제1 전기자의 각 자극 및 상기 각 제1 자극이 서로 동일 극성일 때에는, 상기 제2 대향 위치에 위치하는 상기 제2 전기자의 각 자극 및 상기 각 제2 자극이 서로 다른 극성을 나타내고,

   상기 제1 전기자의 각 자극 및 상기 각 제1 자극이 상기 제1 대향 위치에 있는 경우에 있어서, 상기 각 제1 연자성체가 상기 제1 전기자의 자극 및 상기 제1 자극의 사이에 위치할 때에는, 상기 각 제2 연자성체가 상기 제2 소정 방향으로 인접하는 2조의 상기 제2 전기자의 자극 및 상기 제2 자극의 사이에 위치하고, 상기 각 제2 연자성체가 상기 제2 전기자의 자극 및 상기 제2 자극의 사이에 위치할 때에는, 상기 각 제1 연자성체가 상기 제1 소정 방향으로 인접하는 2조의 상기 제1 전기자의 자극 및 상기 제1 자극의 사이에 위치하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제4 부재가 이동불가능하게, 상기 제2 및 제3 부재와 상기 제5 및 제6 부재가 이동가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제1, 제2, 제4 및 제5 부재가 모두 이동불가능하게, 상기 제3 및 제6 부재가 이동가능하게 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 자극은 영구자석의 자극으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 자극은 전자석의 자극으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 자극은, 전자석의 자극으로 구성되어 있고, 그 전자석은 철심과 그 철심을 자화시킬 수 있는 영구자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동기.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 전자석의 자력을 조정하는 자력 조정 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 전기자열에 사용되는 권선으로서 3상의 계자 권선을 사용하는 것을 특징으로 하는 전동기.
9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 전기자열은 서로 공통인 단일 전기자열에 의해 구성되고,

   상기 제1 및 제4 부재는 서로 일체로 구성되고,

   상기 제2 및 제5 부재는 서로 일체로 구성되고,

   상기 제3 및 제6 부재는 서로 일체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 전기자의 자극, 상기 제1 자극 및 상기 제1 연자성체의 수는 서로 동일하게 설정되고,

    상기 제2 전기자의 자극, 제2 자극 및 제2 연자성체의 수는 서로 동일하게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전동기.
11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전동기는 회전기인 것을 특징으로 하는 전동기.
12. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전동기는 리니어 모터인 것을 특징으로 하는 전동기.
13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 부재, 상기 제2 부재 및 상기 제3 부재의 상대적인 위치 관계를 검출하는 제1 상대 위치 관계 검출 장치와,

    상기 제4 부재, 상기 제5 부재 및 상기 제6 부재의 상대적인 위치 관계를 검출하는 제2 상대 위치 관계 검출 장치와,

    상기 검출된 상기 제1∼제3 부재의 상대적인 위치 관계 및 상기 제4∼제6 부재의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 상기 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
14. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 이동 자계, 상기 제2 부재 및 상기 제3 부재의 속도가 서로 공선(共線) 관계를 만족하고, 상기 제2 이동 자계, 상기 제5 부재 및 상기 제6 부재의 속도가 서로 공선 관계를 만족하도록, 상기 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
15. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 제1 및 제4 부재는 서로 연결되어 있고,

    상기 제1 부재, 상기 제2 부재 및 상기 제3 부재의 상대적인 위치 관계, 및 상기 제4 부재, 상기 제5 부재 및 상기 제6 부재의 상대적인 위치 관계 중 하나를 검출하는 상대 위치 관계 검출 장치와,

    상기 검출된 상기 하나의 상대적인 위치 관계에 기초하여, 상기 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 제어 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 전동기.
16. 제15항에 있어서,

    상기 상대 위치 관계 검출 장치는, 상기 하나의 상대적인 위치 관계로서, 상기 제1 부재에 대한 상기 제2 및 제3 부재의 전기 각도 위치, 또는 상기 제4 부재에 대한 상기 제5 및 제6 부재의 전기 각도 위치를 검출하고,

    상기 제어 장치는, 상기 검출된 제3 또는 제6 부재의 전기 각도 위치의 2배의 값과, 상기 검출된 제2 또는 제5 부재의 전기 각도 위치와의 편차에 기초하여, 상기 제1 및 제2 이동 자계를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동기.

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