直流モータ制御装置
【課題】 直流モータの回転角度および回転方向を確実に検出することを課題とする。
【解決手段】 直流モータのロータコアの各第１〜第３スロットに収納される各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット毎に変更している。このように各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット毎に変更することで、直流モータのロータの回転に伴い、インピーダンスの段階的な変化が生じ、このインピーダンスの段階的な変化に伴って交流電流成分が段階的に変化する。そして、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の段階的な変化パターンに基づいて、直流モータのロータの回転方向を検出している。これにより、直流モータのロータの回転角度の検出と直流モータのロータの回転方向の検出とが両方とも可能な高性能な回転角度検出装置を提供することができる。
【解決手段】 直流モータのロータコアの各第１〜第３スロットに収納される各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット毎に変更している。このように各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット毎に変更することで、直流モータのロータの回転に伴い、インピーダンスの段階的な変化が生じ、このインピーダンスの段階的な変化に伴って交流電流成分が段階的に変化する。そして、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の段階的な変化パターンに基づいて、直流モータのロータの回転方向を検出している。これにより、直流モータのロータの回転角度の検出と直流モータのロータの回転方向の検出とが両方とも可能な高性能な回転角度検出装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ付き直流モータの回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置を備えた直流モータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来より、複数の界磁極を有するステータおよび複数のスロット内に電機子巻線を収納したロータと、電機子巻線が接続されるコンミテータと、外部電源から電機子巻線へ電力を供給する一対のブラシとを備えたブラシ付き直流モータの回転角度を検出する回転角度検出装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
この回転角度検出装置では、直流モータのシャフトの端部に回転角度の検出に用いられるコンミテータを取り付け、このコンミテータに接続される２つのブラシの間の電気的接続がシャフトの回転によってオン、オフすることで生じるパルス信号をカウントすることにより直流モータの回転角度を検出している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の回転角度検出装置においては、直流モータのシャフトの端部にステータおよびロータとは別体でセンサ（エンコーダ）が設けられており、回転角度検出装置の体格が大型化することが懸念される。また、この回転角度検出装置は、モータの回転方向を検出することができないので、例えば直流モータが外力によって正逆方向のいずれかに回転された場合等、直流モータの回転角度を正確に検出することが困難になることが懸念される。
そこで、体格を小型化し、直流モータの回転角度を正確に検出するという目的で、図１０ないし図１２に示した回転角度検出装置が提案されている（例えば、特願２００８−２０３１１２等）。
【０００４】
回転角度検出装置（先行の技術１及び２）は、直流モータの回転角度を検出する装置で、直流電流を生成する直流電源１０１と、交流電流を生成する交流電源１０２と、直流電源１０１から直流モータへ供給される直流電流に交流電源１０２で生成された交流電流を重畳させて直流モータへ供給するためのカップリングコンデンサ１０３と、直流モータを流れる通電電流を検出する電流検出手段１０４と、この電流検出手段１０４により検出された通電電流に基づいて各種信号処理を行って回転パルスを生成する信号処理部１０５と、この信号処理部１０５から出力される回転パルスに基づいて直流モータの回転角度を検出する回転角度検出部１０６とを備えている。
【０００５】
直流モータは、３個のティースを有する電機子コアと、各ティースの周囲にそれぞれ集中的に巻回された３個の各相コイルＬ１〜Ｌ３を有する電機子巻線と、この電機子巻線が接続される３個のセグメント１１１〜１１３を有するコンミテータと、互いに対向配置される一対のブラシ１１４、１１５とを備えている。
各相コイルＬ１〜Ｌ３のインダクタンスは、各相コイルＬ１〜Ｌ３の巻き数が全て同一であるため、同じ値（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）である。
そして、３個のセグメント１１１〜１１３のうちのいずれか２つが、各ブラシ１１４、１１５にそれぞれ接触しており、直流モータの回転によるコンミテータの回転に伴って各ブラシ１１４、１１５と接触する２つのセグメントが切り替わっていく。
【０００６】
ここで、図１０（ａ）に示した回転角度検出装置（先行の技術１）では、直流モータにおいて、各相コイルＬ１と並列にコンデンサＣ１が接続されている。
また、直流モータのシャフトの一端側には、図１２（ａ）に示したように、リングバリスタ１２０が設置されている。このリングバリスタ１２０には、３つの電極１２１〜１２３が形成されている。そして、コンデンサＣ１は、電極１２１と電極１２２との境界部に設置されている。また、リングバリスタ１２０の各電極１２１、１２２に対するコンデンサＣ１の接続および固定は、半田付けにより行われている。
【０００７】
回転角度検出装置（先行の技術１）において、直流モータが６０°または１２０°回転する毎に、インピーダンスの異なる２種の電気回路を形成する。各電気回路に電流が流れることで、電流検出手段１０４は、図１０（ｂ）の時刻Ｔ１〜Ｔ４の状態に示したように、振幅の大きさが異なる２つの状態の脈流を検出する。
そして、信号処理部１０５は、電流検出手段１０４が検出した電流の振幅変化を電圧の異なる２段階のパルス信号に変換する。
そして、回転角度検出部１０６は、所定時間内に各パルス信号の状態が遷移する回数をカウントすることで、直流モータの回転角度を検出する。したがって、回転角度検出装置（先行の技術１）においては、直流モータの回転角度を６０°または１２０°毎に検出することが可能となる。
【０００８】
一方、図１１（ａ）に示した回転角度検出装置（先行の技術２）では、各相コイルＬ１、Ｌ２と並列にコンデンサＣ１、Ｃ２が接続されている。コンデンサＣ２は、コンデンサＣ１よりも静電容量が小さいものである。
また、コンデンサＣ１は、図１２（ｂ）に示したように、リングバリスタ１２０の電極１２１と電極１２２との境界部に設置されている。また、コンデンサＣ２は、リングバリスタ１２０の電極１２２と電極１２３との境界部に設置されている。また、リングバリスタ１２０の各電極１２１〜１２３に対するコンデンサＣ１、Ｃ２の接続および固定は、半田付けにより行われている。
【０００９】
回転角度検出装置（先行の技術２）において、直流モータが６０°回転する毎に、インピーダンスの異なる３種の電気回路を形成する。各電気回路に電流が流れることで、電流検出手段１０４は、図１１（ｂ）の時刻Ｔ１〜Ｔ４の状態に示したように、振幅の大きさが異なる３つの状態の脈流を検出する。
そして、信号処理部１０５は、電流検出手段１０４が検出した通電電流の振幅変化を電圧の異なる３段階のパルス信号に変換する。
そして、回転角度検出部１０６は、信号処理部１０５が出力するパルス信号が第１ステータス（高電圧のパルス信号）、第２ステータス（中間電圧のパルス信号）、第３ステータス（低電圧のパルス信号）の順、あるいは第２ステータス、第３ステータス、第１ステータス、あるいは第３ステータス、第１ステータス、第２ステータスの順に遷移するとき、直流モータが正転方向に回転していることを検出する。
【００１０】
また、回転角度検出部１０６は、信号処理部１０５が出力するパルス信号が第１ステータス、第３ステータス、第２ステータスの順、あるいは第３ステータス、第２ステータス、第１ステータス、あるいは第２ステータス、第１ステータス、第３ステータスの順に遷移するとき、直流モータが逆転方向に回転していることを検出する。
また、回転角度検出部１０６は、信号処理部１０５が出力するパルス信号が各ステータスに遷移する回数をカウントする。そして、そのカウント値を正転方向に回転している時は加算し、逆転方向に回転している時は減算する等、回転方向に応じて増減することで、直流モータの回転角度を検出する。したがって、回転角度検出装置（先行の技術２）においては、直流モータの回転角度を６０°毎に検出することが可能となる。また、直流モータの回転方向も検出することが可能となる。
【００１１】
［従来の技術の不具合］
ところが、回転角度検出装置（先行の技術１）においては、通電電流の振幅状態の遷移によって直流モータの回転方向を検出することは困難であるという問題があった。
ここで、内燃機関の燃焼室に供給する吸入空気を制御する吸気制御システムの吸気制御弁の駆動源として直流モータを適用することが考えられる。直流モータの回転は、減速機構で４０分の１に減速され、吸気制御弁に伝達される。
回転角度検出装置（先行の技術１）は、直流モータの回転角度を６０°または１２０°回転する毎に検出することが可能であるため、減速比４０で伝達される吸気制御弁の回転角度について、３°の分解能を有することになる。これにより、分解能が粗いという問題があった。
【００１２】
回転角度検出装置（先行の技術１及び２）においては、リングバリスタ１２０等の回転部品にコンデンサＣ１、Ｃ２を半田付けにより実装する必要があるので、直流モータが高速回転すると、コンデンサＣ１、Ｃ２が脱落する可能性がある。これにより、回転角度検出装置により検出された値に対する信頼性に問題があった。
また、回転角度検出装置（先行の技術１及び２）は、リングバリスタ１２０等の回転部品にコンデンサＣ１、Ｃ２を半田付けにより実装する必要があるので、部品点数および組付工数が多く、コストアップとなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−６５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、直流モータの回転角度および回転方向を確実に検出することのできる直流モータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、直流モータに、円周方向に所定の間隔で３個以上のティースが設置されたコアと、３個以上のティースの各ティースの周囲にそれぞれ集中的に巻装された３相以上の相コイルを有する電機子巻線と、この電機子巻線が接続される３個以上のセグメントを有するコンミテータと、このコンミテータを介して電機子巻線へ電流を供給する少なくとも一対のブラシとを備えている。
また、コアは、その円周方向に隣り合う各ティース間に、各相コイルを収納する３個以上のスロットを設けている。そして、直流モータは、コアの各スロットに収納される各相コイルの巻き数が、各スロット毎に変更されている。
そして、直流モータに流れる通電電流（交直混在）を電流検出手段が検出し、その検出された通電電流に含まれる交流電流成分を交流電流成分抽出手段が抽出する。そして、回転角度検出手段が、その抽出された交流電流成分に基づいて、直流モータの回転角度を検出する。
【００１６】
そして、直流モータのコアの各スロットに収納される各相コイルの巻き数を、各スロット毎に変更することで、直流モータの回転に伴い、インピーダンスの段階的な変化が生じ、このインピーダンスの段階的な変化に伴って交流電流成分が段階的に変化する。すなわち、巻き数が多い相コイルに通電電流が流れると、インピーダンスが大きくなる。これにより、交流電流成分抽出手段により抽出される交流電流成分の振幅が小さくなる。
また、巻き数が少ない相コイルに通電電流が流れると、インピーダンスが小さくなる。これにより、交流電流成分抽出手段により抽出される交流電流成分の振幅が大きくなる。したがって、交流電流成分の振幅の変化に基づいて、直流モータの回転角度を検出することが可能となる。
また、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の段階的な変化パターンから直流モータの回転方向を検出することができるので、回転角度の検出と回転方向の検出とが両方とも可能な高性能な回転角度検出装置を提供することができる。
したがって、直流モータの回転角度および回転方向を確実に検出することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、直流モータは、回転軸方向に延びるシャフトを有するロータと、このロータの周囲を円周方向に取り囲む筒状のステータとを備えている。そして、直流モータのロータには、コア、電機子巻線、コンミテータおよびブラシが設けられている。また、直流モータのステータには、少なくとも２極の界磁極が設けられている。 請求項３に記載の発明によれば、各ティースには、コアの外周からロータの径方向外側に向けて放射状に突出するティース巻装部、およびこのティース巻装部の外周端から周方向の両側に延びるティース磁極部が設けられている。また、各相コイルは、各ティースのティース巻装部の周囲を取り囲むように所定の巻き数分だけ巻装されている。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、３個以上のティースは、各相コイルの重量（ウェイト）の違いを考慮して、ティース巻装部の幅が、各ティース毎に変更されている。
ここで、単純にスロット毎に各相コイルの巻き数を変更すると、各相コイルの重量（ウェイト）の違いで、重量アンバランスが生じる。そこで、各相コイルの重量（ウェイト）の違いを考慮して、ティース巻装部の幅を各ティース毎に変更している。
例えば各相コイルの巻き数が多い程、ティース巻装部の幅を狭くすることにより、各相コイルの重量（ウェイト）を調節し、ロータのアンバランスを解消することができる。これにより、ロータのアンバランスを小さくできるので、振動の原因となって軸受の寿命低下を招いたり、騒音が発生したりする等の不具合を解消することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、３個以上のティースは、ロータの円周方向に６０°の間隔で設置された６個の第１〜第６ティースからなる。また、電機子巻線は、６個の第１〜第６ティース毎に巻回される６相の第１〜第６相コイルからなる。
そして、第１ティースに巻回される第１相コイルの巻き数をＬ１とし、第２ティースに巻回される第２相コイルの巻き数をＬ２とし、第３ティースに巻回される第３相コイルの巻き数をＬ３とし、第４ティースに巻回される第４相コイルの巻き数をＬ４とし、第５ティースに巻回される第５相コイルの巻き数をＬ５とし、第６ティースに巻回される第６相コイルの巻き数をＬ６としたとき、第１〜第６相コイルの巻き数は、Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６、Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６の関係を満足するように設定されている。
【００２０】
そして、各相コイルの巻き数が異なることにより、直流モータのトルク変動が生じてしまうが、スロットの個数を偶数にして、対向する各相コイルの巻き数の和を全て同一にすることで、直流モータのトルク変動を減少することができる。
そこで、各第１〜第６相コイルの巻き数を、Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６、Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６の関係を満足するように設定する。
これによって、各相コイルの巻き数の比率は、トルク変動、回転モーメントのアンバランスを問題ないレベルに低減することができる。また、交流電流成分の振幅の変化が検出できるレベルには、インピーダンスが変化するような範囲に設定することが望ましい。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、直流モータのコアは、シャフトの外周に嵌合し、回転軸方向に複数積層された磁性鋼板により構成されている。
請求項７に記載の発明によれば、流体流路を流れる流体を制御する流体制御弁と、直流モータの回転動力を流体制御弁に伝達すると共に、直流モータの回転速度を所定の減速比に減速する減速機構とを備えている。この場合には、回転角度検出装置により流体制御弁の回転角度の検出と流体制御弁の回転方向の検出とを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は直流モータ制御装置を示したブロック図で、（ｂ）は回転角度検出装置の通電電流波形を示したタイミングチャートである（実施例１）。
【図２】内燃機関の吸気制御装置を示した構成図である（実施例１）。
【図３】２極３スロット（３ティース）の直流モータのロータを示した斜視図である（実施例１）。
【図４】直流モータのリングバリスタを示した模式図である（実施例１）。
【図５】（ａ）はブラシとセグメントとの関係を示した説明図で、（ｂ）は（ａ）の状態を示した回路図である（実施例１）。
【図６】（ａ）はブラシとセグメントとの関係を示した説明図で、（ｂ）は（ａ）の状態を示した回路図である（実施例１）。
【図７】（ａ）はブラシとセグメントとの関係を示した説明図で、（ｂ）は（ａ）の状態を示した回路図である（実施例１）。
【図８】磁性鋼板を示した平面図である（実施例２）。
【図９】（ａ）、（ｂ）は２極６スロット（６ティース）の直流モータを示した説明図である（実施例３）。
【図１０】（ａ）は回転角度検出装置を示したブロック図で、（ｂ）は回転角度検出装置の通電電流波形を示したタイミングチャートである（先行の技術１）。
【図１１】（ａ）は回転角度検出装置を示したブロック図で、（ｂ）は回転角度検出装置の通電電流波形を示したタイミングチャートである（先行の技術２）。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は直流モータにおけるリングバリスタに対するコンデンサの設置状態を示した模式図である（先行の技術１及び２）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
本発明は、部品点数や組付工数を減少することでコストの削減を図りながらも、直流モータの回転角度および回転方向を確実に検出するという目的を、直流モータのコアの各スロットに収納される各相コイルの巻き数を、各スロット毎に変更することで実現した。
【実施例１】
【００２４】
［実施例１の構成］
図１ないし図７は本発明の実施例１を示したもので、図１は直流モータ制御装置を示した図で、図２は内燃機関の吸気制御装置を示した図で、図３は２極３スロット（３ティース）の直流モータのロータを示した図で、図４は直流モータのリングバリスタを示した図である。
【００２５】
本実施例の直流モータ制御装置は、２極３ティース（３スロット）構造のブラシ付き直流モータ１と、この直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置２と、この回転角度検出装置２で検出した直流モータ１の回転角度および回転方向に基づいて直流モータ１への直流電力（直流電流）を制御する直流モータ制御装置（エンジン制御装置、エンジン制御ユニット：以下ＥＣＵと呼ぶ）３とを備えている。
この回転角度検出装置２は、直流モータ１へ直流電流を供給する直流電源４と、直流モータ１へ交流電流を供給する交流電源５と、直流モータ１を流れる通電電流を検出する電流検出手段７と、後述する交流電流成分抽出手段を有し、この交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の振幅に対応したパルス信号を生成する信号処理部８と、この信号処理部８から出力されるパルス信号に基づいて直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出部９とを備えている。
【００２６】
そして、直流モータ制御装置は、内燃機関（エンジンＥ）の各気筒毎の燃焼室内において混合気の燃焼を促進させるための吸気渦流を生成することが可能な吸気制御装置（内燃機関の吸気制御装置）に適用されている。
吸気制御装置は、エンジンＥの各気筒毎の燃焼室内において縦方向の吸気渦流（タンブル流）を発生させるシステムである。
吸気制御装置は、エンジンＥの運転状態（エンジン情報）に基づいて直流モータ１を制御するＥＣＵ３と、エンジンＥの各吸気ポート１０に接続する吸気ダクト１１と、この吸気ダクト１１の内部（吸気通路１２）を流れる吸入空気にタンブル流を発生させる吸気制御弁（タンブル流制御弁：以下ＴＣＶと呼ぶ）とによって構成されている。
【００２７】
ＴＣＶは、エンジンＥの運転状態に応じて各吸気通路１２の通路断面積を絞ることで、エンジンＥの各気筒毎の燃焼室に向かう吸気流を制御する吸気流制御弁である。また、ＴＣＶは、エンジンＥの運転状態に応じて各吸気通路１２における吸気絞り部（各吸気通路壁面とバルブ１４の上端面との間に形成される流路）１３の開口面積を変化させることで、エンジンＥの各気筒毎の燃焼室内においてガス流動または吸気渦流を発生させる吸気流制御弁である。
また、ＴＣＶは、吸気ダクト１１に対して相対回転するバルブ（吸気制御弁の弁体）１４、このバルブ１４を支持固定する弁軸（回転軸、シャフト）１５、およびこのシャフト１５を介してバルブ１４を駆動するアクチュエータを有している。
【００２８】
バルブ１４は、各吸気通路１２に開閉自在（回転自在）に設置されており、シャフト１５の回転に伴って吸気ダクト１１に対して相対回転する回転型バルブである。
アクチュエータは、バルブ１４のシャフト１５を駆動する直流モータ１、およびこの直流モータ１のモータ軸（回転軸、シャフト）１６の回転速度を所定の減速比（例えば減速比４０）となるように減速し、直流モータ１の駆動力（モータトルク）を増大させてバルブ１４のシャフト１５に伝達する動力伝達機構（歯車減速機構）１７を有している。
ここで、歯車減速機構１７は、直流モータ１のシャフト１６に回転駆動されるウォームギヤ、およびこのウォームギヤに噛み合うウォームホイール等によって構成されている。なお、直流モータ１のシャフト１６に回転駆動される第１ギヤ、この第１ギヤに噛み合う第２ギヤ、およびこの第２ギヤに噛み合う第３ギヤ等によって歯車減速機構を構成して良い。
【００２９】
次に、本実施例の直流モータ１の詳細を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
直流モータ１は、３相の電機子巻線を集中巻き方式で形成した２極３スロット構造のブラシ付きＤＣモータであり、回転軸方向に真っ直ぐに延びるシャフト１６を有するロータ（電機子）と、このロータの周囲を円周方向（モータ周方向）に取り囲む筒状のステータと、このステータに対して固定されたブラシホルダ（図示せず）に収容保持された一対の給電ブラシ（第１、第２ブラシ）１８、１９とを備えている。
ステータは、円筒状のモータケース（ヨーク）、およびこのモータケースの内周面において互いに対向する位置に接着剤等により固着された２個の永久磁石（マグネットＭ１、Ｍ２：図９参照）を有している。２個のマグネットＭ１、Ｍ２は、２極の界磁極を形成する。
一対の第１、第２ブラシ１８、１９は、モータ周方向に１８０°間隔で、しかも互いに対向して配置されている。また、第１ブラシ１８は、外部電源（直流電源）の正極側（Ｖｃｃ側）に電力供給ラインを介して接続されている。また、第２ブラシ１９は、直流電源の負極側（グランド側、ＧＮＤ側）に電力供給ラインを介して接続されている。
【００３０】
ロータは、ステータの径方向内側に所定のギャップを介して設置されている。このロータは、モータケースに軸受を介して回転自在に支持されたシャフト１６、モータ軸方向（回転軸方向とも言う）に磁性鋼板を複数積層して形成された電機子コア（ロータコア）、このロータコアに巻回される電機子巻線（電機子コイル）、および一対の第１、第２ブラシ１８、１９に押圧接触されるコンミテータ（整流子）を有している。
ロータコアは、積層型鉄心により形成され、シャフト１６の外周に圧入嵌合される円筒状（または角筒状）の嵌合部２０（図８参照）、およびこの嵌合部２０の外周面から突出する３個の突極（第１〜第３ティース２１〜２３：図８参照）を有している。
【００３１】
３個の第１〜第３ティース２１〜２３は、嵌合部２０の外周面にその円周方向に等間隔（１２０°間隔）で設置されている。また、３個の第１〜第３ティース２１〜２３は、ロータコアの嵌合部２０の外周面からロータの半径方向外側に向けて放射状に突出するティース巻装部２４（図８参照）、およびこのティース巻装部２４の外周端からモータ周方向の両側に延びるティース磁極部２５（図８参照）を有している。このティース磁極部２５の外周面は、ステータの内周面に対向している。
【００３２】
嵌合部２０の中心部を貫通する貫通孔２０ａには、シャフト１６が固定されている。シャフト１６は、回転軸方向の両端部がそれぞれモータケースに軸受を介して回転可能に支持されている。これにより、ロータは、モータケースおよびステータに対して相対回転可能となっている。
また、ロータコアの円周方向に隣合う各第１〜第３ティース２１〜２３間には、電機子巻線の各第１〜第３相コイル３１〜３３を収納する３個の第１〜第３スロット４１〜４３が形成されている。
【００３３】
電機子巻線は、３個の第１〜第３ティース２１〜２３の各ティース巻装部２４の周囲に集中巻方式で巻装されて、各第１〜第３スロット４１〜４３に収納される３相の各第１〜第３相コイル３１〜３３により構成されている。各第１〜第３相コイル３１〜３３は、各ティース巻装部２４の外側にインシュレータを介して巻回されている。
そして、電機子巻線を構成する３個（３相）の第１〜第３ティース２１〜２３は、図１（ａ）および図４に示したように、Δ結線されている。
【００３４】
ここで、本実施例の直流モータ１は、ロータコアの各第１〜第３スロット４１〜４３に収納される各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数が、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に変更されている。
つまり第１ティース２１の周囲に巻回される第１相コイル３１の巻き数をＬ１とし、第２ティース２２の周囲に巻回される第２相コイル３２の巻き数をＬ２とし、第３ティース２３の周囲に巻回される第３相コイル３３の巻き数をＬ３としたとき、各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数が以下の数１の式の関係を満足するように設定されている。
【００３５】
［数１］
Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３
具体的には、第１相コイル３１の巻き数（Ｌ１）は、６０ターンである。また、第２相コイル３２の巻き数（Ｌ２）は、８０ターンである。また、第３相コイル３３の巻き数（Ｌ３）は、１００ターンである。
これにより、各第１〜第３相コイル３１〜３３のインダクタンスは、第１相コイル３１、第２相コイル３２、第３相コイル３３の順に小さくなる。言い換えると、インダクタンスは、巻き数の多い順（第３相コイル３３、第２相コイル３２、第１相コイル３１の順）に大きくなる。また、各第１〜第３相コイル３１〜３３は、互いに電気角で２／３πずつ離れるように配置されている。
【００３６】
直流モータ１は、電機子巻線の各第１〜第３相コイル３１〜３３がデルタ結線され、各第１〜第３相コイル３１〜３３のコイル端末部がコンミテータの各第１〜第３セグメント（整流子片）５１〜５３に接続されている。
すなわち、第３セグメント５３と第１セグメント５１との間に第１相コイル３１が接続され、また、第１セグメント５１と第２セグメント５２との間に第２相コイル３２が接続され、また、第２セグメント５２と第３セグメント５３との間に第３相コイル３３が接続されている。
そして、３個の第１〜第３セグメント５１〜５３のうちのいずれか２つのセグメントが、第１、第２ブラシ１８、１９にそれぞれ接触しており、直流モータ１のシャフト１６の回転によるコンミテータの回転に伴って、各第１、第２ブラシ１８、１９と接触する２つのセグメントが切り替わっていく。
【００３７】
コンミテータは、シャフト１６の半径方向の外周部に円筒状の合成樹脂製支持筒３０を介して固定されている。このコンミテータは、一対の第１、第２ブラシ１８、１９が押圧接触する３個の第１〜第３セグメント５１〜５３により構成されている。なお、図３では、各第１〜第３相コイル３１〜３３とコンミテータの各第１〜第３セグメント５１〜５３とを接続する電気配線は省略されている。各第１〜第３セグメント５１〜５３には、リングバリスタ６０の各第１〜第３電極６１〜６３に当接する各当接片５４〜５６が設けられている。
【００３８】
また、コンミテータの半径方向外側には、サージ電圧が加わるとき、電流をグランド側に流すことで、ノイズを抑制する円板状のリングバリスタ６０が設置されている。このリングバリスタ６０は、図４に示したように、コンミテータの第１〜第３セグメント５１〜５３に電気的に接続する３つの第１〜第３電極６１〜６３と、隣り合う各第１〜第３電極６１〜６３間を接続する抵抗体６４〜６６を有している。
以上により、コンミテータの各第１〜第３セグメント５１〜５３に電気的に接続する各第１、第２ブラシ１８、１９に、正極側、負極側外部接続端子である一対の異極ターミナルを経由して直流電源４および交流電源５から電流が供給されると、各第１〜第３相コイル３１〜３３に電流が流れ、ロータが回転する。
【００３９】
ここで、アクチュエータ、特に直流電力の供給を受けるとバルブ１４のシャフト１５を駆動する駆動力を発生する直流モータ１は、ＥＣＵ３によって通電制御されるように構成されている。このＥＣＵ３には、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムまたは制御ロジックや各種データを保存する記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ）、入力回路（入力部）、出力回路（出力部）、電源回路、タイマー等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
【００４０】
ＥＣＵ３は、エンジンＥの運転状態を検出する運転状態検出手段を有している。エンジンＥの運転状態は、エンジン回転速度、エンジン負荷（アクセル開度）、エンジン冷却水温度、吸気温度等によって検出することができる。
また、ＥＣＵ３は、回転角度検出装置２より出力される電気信号（センサ出力信号）が、Ａ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ３に内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
【００４１】
次に、本実施例の回転角度検出装置２の詳細を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
回転角度検出装置２は、図１（ａ）に示したように、直流モータ１のシャフト１６を回転させる（モータトルクを発生させる）ための直流電源４と、直流モータ１のシャフト１６の回転角度を検出するための所定の周波数の交流電流を生成する交流電源５と、直流電源４から直流モータ１へ供給される直流電流に交流電源５で生成された交流電流を重畳させて直流モータ１へ供給するためのカップリングコンデンサ６と、直流モータ１を流れる通電電流を検出する電流検出手段７と、この電流検出手段７により検出された通電電流の振幅を電圧の異なるパルス信号に変換する信号処理部８と、この信号処理部８から出力されるパルス信号に基づいて直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出部９とを備えている。
【００４２】
ここで、直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する際に、直流モータ１を流れる通電電流は、直流電源４からの直流電流と交流電源５からの交流電流が重畳された、交直混在（脈流の一種）の電流である。
信号処理部８は、直流モータ１を流れる通電電流に含まれる交流電流成分を抽出する交流電流成分抽出手段を含んでいる。
回転角度検出部９は、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分に基づいて、直流モータ１の回転角度を検出する回転角度検出手段、および交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の変化パターンに基づいて、直流モータ１の回転方向を検出する回転方向検出手段を含んでいる。
【００４３】
［実施例１の検出方法］
次に、本実施例の回転角度検出装置２の検出方法を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
【００４４】
ここで、直流モータ１のロータが１８０°回転する間における、直流モータ１内部の結線状態の変化、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路の変化を、図５ないし図７に示す。本実施例の直流モータ１のモータ回路は、直流モータ１のロータが１８０°回転する間に、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃの３種類に変化する。つまりロータが６０°回転する毎に、インピーダンスの異なる３種類のモータ回路を形成する。各モータ回路に電流が流れることで、電流検出手段７は、図１（ｂ）に示したように、振幅の異なる３つの状態の脈流を検出する。
【００４５】
状態Ａは、図５（ａ）に示したように、Ｖｃｃ側（直流電源４の正極側）の第１ブラシ１８に、第３セグメント５３が接触し、ＧＮＤ側（直流電源４の負極側）の第２ブラシ１９に第１セグメント５１が接触した状態である。この状態Ａでの直流モータ１の等価回路、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路は、図５（ｂ）に示した回路となる。なお、Ｖｃｃとは、直流電源４の電源電圧を示すものである。
この状態Ａでは、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの一方の電流経路上には、１００ターンの第３相コイル３３および８０ターンの第２相コイル３２が存在し、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの他方の電流経路上には、６０ターンの第１相コイル３１が存在する。
すなわち、この状態Ａでは、第３相コイル３３および第２相コイル３２の直列回路と、第１相コイル３１のみの回路とが存在する。これにより、回路全体のインピーダンスが低くなるので、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流に含まれる交流電流成分の振幅が大きくなる。
このとき、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段７は、図１（ｂ）の時刻Ｔ１〜Ｔ２（時刻Ｔ４〜Ｔ５）の状態に示したように、交流電流成分の振幅の大きい第１状態の脈流を検出する。
【００４６】
次に、直流モータ１のロータが図示矢印方向（右回転方向）に６０°分だけ回転すると、図６（ａ）に示したような状態Ｂとなる。
この状態Ｂは、Ｖｃｃ側の第１ブラシ１８に、第２セグメント５２が接触し、ＧＮＤ側の第２ブラシ１９に第１セグメント５１が接触した状態である。この状態Ｂでの直流モータ１の等価回路、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路は、図６（ｂ）に示した回路となる。
この状態Ｂでは、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの一方の電流経路上には、８０ターンの第２相コイル３２が存在し、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの他方の電流経路上には、１００ターンの第３相コイル３３および６０ターンの第１相コイル３１が存在する。
すなわち、この状態Ｂでは、第２相コイル３２のみの回路と、第３相コイル３３および第１相コイル３１の直列回路とが存在する。これにより、回路全体のインピーダンスが状態Ａよりも高くなるので、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流に含まれる交流電流成分の振幅が状態Ａよりも小さくなる。
このとき、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段７は、図１（ｂ）の時刻Ｔ２〜Ｔ３の状態に示したように、時刻Ｔ１〜Ｔ２の状態よりも振幅の小さい第２状態の脈流を検出する。
【００４７】
次に、直流モータ１のロータが図示矢印方向（右回転方向）に６０°分だけ回転すると、図７（ａ）に示したような状態Ｃとなる。
この状態Ｃは、Ｖｃｃ側の第１ブラシ１８に、第２セグメント５２が接触し、ＧＮＤ側の第２ブラシ１９に第３セグメント５３が接触した状態である。この状態Ｃでの直流モータ１の等価回路、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路は、図７（ｂ）に示した回路となる。
この状態Ｃでは、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの一方の電流経路上には、８０ターンの第２相コイル３２および６０ターンの第１相コイル３１が存在し、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの他方の電流経路上には、１００ターンの第３相コイル３３が存在する。
すなわち、この状態Ｃでは、第２相コイル３２および第１相コイル３１の直列回路と、第３相コイル３３のみの回路とが存在する。これにより、回路全体のインピーダンスが状態Ｂよりも高くなるので、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流に含まれる交流電流成分の振幅が状態Ｂよりも小さくなる。
このとき、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段７は、図１（ｂ）の時刻Ｔ３〜Ｔ４の状態に示したように、時刻Ｔ２〜Ｔ３の状態よりも振幅の小さい第３状態の脈流を検出する。
【００４８】
以上のように、電流検出手段７は、図１（ｂ）に示したように、ロータが６０°回転する毎に、振幅の異なる３つの第１〜第３状態の脈流を検出する。
次に、信号処理部８は、電流検出手段７の検出した電流の振幅変化をＡ／Ｄ変換、整流、平滑等により電圧の異なる３種類のパルス信号に変換する。具体的には、交流電流成分の振幅の大きい第１状態の脈流を検出した場合には、信号処理部８から最も高電圧のパルス信号（Ｘ）が出力される。また、第１状態よりも振幅の小さい第２状態の脈流を検出した場合には、信号処理部８から中間電圧のパルス信号（Ｘ）が出力される。また、第２状態よりも振幅の小さい第３状態の脈流を検出した場合には、信号処理部８から最も低電圧のパルス信号（Ｘ）が出力される。
【００４９】
回転角度検出部９は、図１（ａ）に示したように、信号処理部８より出力されるパルス信号を２つの第１、第２比較回路（図示せず）に入力する。
信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）は、第１比較回路によって、第１の閾値と比較される。信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第１の閾値以上のとき、第１比較回路は「１」を出力する。また、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第１の閾値未満のとき、第１比較回路は「０」を出力する。
これと同時に、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）は、第２比較回路によって、第２の閾値と比較される。信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第２の閾値以上のとき、第２比較回路は「１」を出力する。また、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第２の閾値未満のとき、第２比較回路は「０」を出力する。
【００５０】
そして、回転角度検出部９は、第１比較回路の出力が「１」、第２比較回路の出力が「１」の時、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）を第１ステータスと判定する。また、第１比較回路の出力が「０」、第２比較回路の出力が「１」の時には、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）を第２ステータスと判定する。また、第１比較回路の出力が「０」、第２比較回路の出力が「０」の時には、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）を第３ステータスと判定する。
【００５１】
また、回転角度検出部９は、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が、第１ステータス、第２ステータス、第３ステータスの順、あるいは第２ステータス、第３ステータス、第１ステータスの順、あるいは第３ステータス、第１ステータス、第２ステータスの順に遷移する時、直流モータ１のロータが正転方向（例えばバルブ１４の閉弁作動方向）に回転していることを検出する。
一方、回転角度検出部９は、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が、第１ステータス、第３ステータス、第２ステータスの順、あるいは第３ステータス、第２ステータス、第１ステータスの順、あるいは第２ステータス、第１ステータス、第３ステータスの順に遷移する時、直流モータ１のロータが逆転方向（例えばバルブ１４の開弁作動方向）に回転していることを検出する。
【００５２】
回転角度検出部９は、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が、各ステータスに遷移する回数をカウントする。そして、そのカウント値を例えば正転方向に回転している時は加算し、逆転方向に回転している時は減算する等、回転方向に応じて増減することにより、直流モータ１のロータの回転角度または被駆動体となるＴＣＶのバルブ１４等の回転角度を算出する。
【００５３】
［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の直流モータ１のロータの回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置２においては、直流モータ１のロータコアの各第１〜第３スロット４１〜４３に収納される各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に変更している。具体的には、第１ティース２１の周囲に巻回される第１相コイル３１の巻き数（Ｌ１）を６０ターンとし、第２ティース２２の周囲に巻回される第２相コイル３２の巻き数（Ｌ２）を８０ターンとし、第３ティース２３の周囲に巻回される第３相コイル３３の巻き数（Ｌ３）を１００ターンとしている。
【００５４】
このように各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に変更することで、直流モータ１のロータの回転に伴い、インピーダンスの段階的な変化が生じ、このインピーダンスの段階的な変化に伴って交流電流成分が段階的に変化する。
そして、直流モータ１に流れる通電電流（交直混在）を電流検出手段７が検出し、その検出された通電電流に含まれる交流電流成分を信号処理部８の交流電流成分抽出手段が抽出する。そして、その抽出された交流電流成分に基づき、回転角度検出部９が直流モータ１の回転角度を検出する。
【００５５】
そして、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の段階的な変化パターンに基づいて、直流モータ１のロータの回転方向を検出することができるので、直流モータ１のロータの回転角度の検出と直流モータ１のロータの回転方向の検出とが両方とも可能な高性能な回転角度検出装置２を提供することができる。
また、直流モータ１の回転方向の検出結果に基づいて、直流モータ１の回転角度の検出結果を補正することもできるので、直流モータ１の回転方向が変わってもそれに応じて精度良く回転角度を検出することができる。
したがって、直流モータのロータの回転角度および回転方向を確実に検出することができる。
【００５６】
また、コンデンサをリングバリスタ６０等の回転部材に実装していない。つまり、直流モータ１のロータの回転に伴うインピーダンスの段階的な変化をもたらすコンデンサが脱落する可能性がないので、回転角度検出装置２が検出した回転角度および回転方向への信頼性を向上することができる。
また、部品点数および組付工数を増加することなく、直流モータ１の回転角度および回転方向の検出精度を向上できるので、コスト削減を図ることができる。
【００５７】
また、本実施例の回転角度検出装置２は、直流モータ１の回転角度を６０°回転する毎に検出することができるので、減速比４０で伝達されるＴＣＶのバルブ１４の回転角度について、１．５°の分解能を有する。これにより、回転角度検出装置（先行の技術１）と比べて、分解能を倍増することができる。また、ＥＣＵ３は、回転角度検出装置２の検出結果に基づき、ＴＣＶのバルブ１４が目標とする回転角度および回転方向に回転するように直流モータ１に駆動電流を印加することができる。
【実施例２】
【００５８】
図８は本発明の実施例２を示したもので、２極３スロット（３ティース）の直流モータのロータコアを示した図である。
【００５９】
ここで、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を変更すると、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）の違いにより、重量アンバランスが生じる。
そこで、解決方法として、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）の違いを考慮して、直流モータ１のロータコアの各磁性鋼板の形状を変えることが考えられる。具体的には、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）の違いを考慮して、各第１〜第３ティース２１〜２３毎にティース巻装部２４の幅（ティース幅）を変更することが望ましい。
【００６０】
例えば各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数が多い程、３個の第１〜第３ティース２１〜２３の各ティース巻装部２４のティース幅を狭くすることにより、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）を調節し、直流モータ１のロータのアンバランスを解消することができる。これにより、直流モータ１のロータのアンバランスを小さくできるので、振動の原因となって軸受の寿命低下を招いたり、騒音が発生したりする等の不具合を解消することができる。
【実施例３】
【００６１】
図９は本発明の実施例３を示したもので、図９（ａ）、（ｂ）は２極６スロット（６ティース）の直流モータを示した図である。
【００６２】
本実施例の直流モータ制御装置は、２極６ティース（６スロット）構造のブラシ付き直流モータ１と、この直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置２と、この回転角度検出装置２で検出した直流モータ１の回転角度および回転方向に基づいて直流モータ１への直流電力（直流電流）を制御するＥＣＵ３とを備えている。
ロータコアは、磁性鋼板を複数積層してなる積層型鉄心により形成され、シャフト１６の外周に嵌合する嵌合部２０の外周面から半径方向の外側に向けて突出する６個の突極（第１〜第６ティース）を有している。
【００６３】
６個の第１〜第６ティースは、嵌合部２０の外周面にその円周方向に等間隔（６０°間隔）で設置されている。また、６個の第１〜第６ティースは、ティース巻装部２４（図８参照）およびティース磁極部２５（図８参照）を有している。
また、ロータコアの円周方向に隣合う各第１〜第６ティース間には、電機子巻線の各第１〜第６相コイル３１〜３６を収納する６個の第１〜第６スロットが形成されている。
また、電機子巻線は、６個の第１〜第６ティースの各ティース巻装部２４毎に巻回される６相の第１〜第６相コイル３１〜３６からなる。
【００６４】
そして、第１ティースに巻回される第１相コイル３１の巻き数をＬ１とし、第２ティースに巻回される第２相コイル３２の巻き数をＬ２とし、第３ティースに巻回される第３相コイル３３の巻き数をＬ３とし、第４ティースに巻回される第４相コイル３４の巻き数をＬ４とし、第５ティースに巻回される第５相コイル３５の巻き数をＬ５とし、第６ティースに巻回される第６相コイル３６の巻き数をＬ６としたとき、各第１〜第６相コイル３１〜３６の巻き数は、以下の数２、数３の式の関係を満足するように設定されている。
【００６５】
［数２］
Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６
［数３］
Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６
具体的には、第１相コイル３１の巻き数（Ｌ１）を６０ターンとし、対向する第４相コイル３４の巻き数（Ｌ４）を１７０ターンとする。また、第２相コイル３２の巻き数（Ｌ２）を８０ターンとし、対向する第５相コイル３５の巻き数（Ｌ５）を１５０ターンとする。また、第３相コイル３３の巻き数（Ｌ３）を１００ターンとし、対向する第６相コイル３６の巻き数（Ｌ６）を１３０ターンとする。
【００６６】
ここで、各第１〜第６相コイル３１〜３６の巻き数が異なることにより、直流モータ１のトルク変動が生じてしまうが、図９に示したように、スロットの個数を偶数（例えば６個の第１〜第６スロット）にして、対向する第１、第４相コイル３１、３４の巻き数の和、対向する第２、第５相コイル３２、３５の巻き数の和、対向する第３、第６相コイル３３、３６の巻き数の和を全て同一にすることで、直流モータ１のトルク変動を減少することができる。
これによって、各第１〜第６相コイル３１〜３６の巻き数の比率は、トルク変動、回転モーメントのアンバランスを問題ないレベルに低減することができる。また、交流電流成分の振幅の変化が検出できるレベルには、インピーダンスが変化するような範囲に設定することが望ましい。
【００６７】
［変形例］
本実施例では、直流モータ１のロータの磁極数を３極または６極とし、ステータの磁極数を２極として、ロータの磁極数をステータの磁極数よりも多くしているが、直流モータ１のロータの磁極数を４極とし、ステータの磁極数を８極として、ロータの磁極数をステータの磁極数よりも少なくしても良い。
本実施例では、直流モータ１をタンブル流制御用のバルブ１４の動力源としているが、直流モータ１をその他のバルブ（流量制御用のバルブ、流路切替用のバルブ、流路開閉用のバルブ等）の動力源としても良い。また、直流モータ１とバルブ１４のシャフト１５とを直結しても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１ 直流モータ
２ 回転角度検出装置
３ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
４ 直流電源
５ 交流電源
７ 電流検出手段
８ 信号処理部（交流電流成分抽出手段）
９ 回転角度検出部（回転角度検出手段、回転方向検出手段）
１６ 直流モータのシャフト
１７ 歯車減速機構
１８ 第１ブラシ
１９ 第２ブラシ
２１ 第１ティース
２２ 第２ティース
２３ 第３ティース
２４ ティース巻装部
２５ ティース磁極部
３１ 第１相コイル（電機子巻線）
３２ 第２相コイル（電機子巻線）
３３ 第３相コイル（電機子巻線）
３４ 第４相コイル（電機子巻線）
３５ 第５相コイル（電機子巻線）
３６ 第６相コイル（電機子巻線）
４１ 第１スロット
４２ 第２スロット
４３ 第３スロット
５１ 第１セグメント（コンミテータ）
５２ 第２セグメント（コンミテータ）
５３ 第３セグメント（コンミテータ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシ付き直流モータの回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置を備えた直流モータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
［従来の技術］
従来より、複数の界磁極を有するステータおよび複数のスロット内に電機子巻線を収納したロータと、電機子巻線が接続されるコンミテータと、外部電源から電機子巻線へ電力を供給する一対のブラシとを備えたブラシ付き直流モータの回転角度を検出する回転角度検出装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
この回転角度検出装置では、直流モータのシャフトの端部に回転角度の検出に用いられるコンミテータを取り付け、このコンミテータに接続される２つのブラシの間の電気的接続がシャフトの回転によってオン、オフすることで生じるパルス信号をカウントすることにより直流モータの回転角度を検出している。
【０００３】
しかしながら、特許文献１に記載の回転角度検出装置においては、直流モータのシャフトの端部にステータおよびロータとは別体でセンサ（エンコーダ）が設けられており、回転角度検出装置の体格が大型化することが懸念される。また、この回転角度検出装置は、モータの回転方向を検出することができないので、例えば直流モータが外力によって正逆方向のいずれかに回転された場合等、直流モータの回転角度を正確に検出することが困難になることが懸念される。
そこで、体格を小型化し、直流モータの回転角度を正確に検出するという目的で、図１０ないし図１２に示した回転角度検出装置が提案されている（例えば、特願２００８−２０３１１２等）。
【０００４】
回転角度検出装置（先行の技術１及び２）は、直流モータの回転角度を検出する装置で、直流電流を生成する直流電源１０１と、交流電流を生成する交流電源１０２と、直流電源１０１から直流モータへ供給される直流電流に交流電源１０２で生成された交流電流を重畳させて直流モータへ供給するためのカップリングコンデンサ１０３と、直流モータを流れる通電電流を検出する電流検出手段１０４と、この電流検出手段１０４により検出された通電電流に基づいて各種信号処理を行って回転パルスを生成する信号処理部１０５と、この信号処理部１０５から出力される回転パルスに基づいて直流モータの回転角度を検出する回転角度検出部１０６とを備えている。
【０００５】
直流モータは、３個のティースを有する電機子コアと、各ティースの周囲にそれぞれ集中的に巻回された３個の各相コイルＬ１〜Ｌ３を有する電機子巻線と、この電機子巻線が接続される３個のセグメント１１１〜１１３を有するコンミテータと、互いに対向配置される一対のブラシ１１４、１１５とを備えている。
各相コイルＬ１〜Ｌ３のインダクタンスは、各相コイルＬ１〜Ｌ３の巻き数が全て同一であるため、同じ値（Ｌ１＝Ｌ２＝Ｌ３）である。
そして、３個のセグメント１１１〜１１３のうちのいずれか２つが、各ブラシ１１４、１１５にそれぞれ接触しており、直流モータの回転によるコンミテータの回転に伴って各ブラシ１１４、１１５と接触する２つのセグメントが切り替わっていく。
【０００６】
ここで、図１０（ａ）に示した回転角度検出装置（先行の技術１）では、直流モータにおいて、各相コイルＬ１と並列にコンデンサＣ１が接続されている。
また、直流モータのシャフトの一端側には、図１２（ａ）に示したように、リングバリスタ１２０が設置されている。このリングバリスタ１２０には、３つの電極１２１〜１２３が形成されている。そして、コンデンサＣ１は、電極１２１と電極１２２との境界部に設置されている。また、リングバリスタ１２０の各電極１２１、１２２に対するコンデンサＣ１の接続および固定は、半田付けにより行われている。
【０００７】
回転角度検出装置（先行の技術１）において、直流モータが６０°または１２０°回転する毎に、インピーダンスの異なる２種の電気回路を形成する。各電気回路に電流が流れることで、電流検出手段１０４は、図１０（ｂ）の時刻Ｔ１〜Ｔ４の状態に示したように、振幅の大きさが異なる２つの状態の脈流を検出する。
そして、信号処理部１０５は、電流検出手段１０４が検出した電流の振幅変化を電圧の異なる２段階のパルス信号に変換する。
そして、回転角度検出部１０６は、所定時間内に各パルス信号の状態が遷移する回数をカウントすることで、直流モータの回転角度を検出する。したがって、回転角度検出装置（先行の技術１）においては、直流モータの回転角度を６０°または１２０°毎に検出することが可能となる。
【０００８】
一方、図１１（ａ）に示した回転角度検出装置（先行の技術２）では、各相コイルＬ１、Ｌ２と並列にコンデンサＣ１、Ｃ２が接続されている。コンデンサＣ２は、コンデンサＣ１よりも静電容量が小さいものである。
また、コンデンサＣ１は、図１２（ｂ）に示したように、リングバリスタ１２０の電極１２１と電極１２２との境界部に設置されている。また、コンデンサＣ２は、リングバリスタ１２０の電極１２２と電極１２３との境界部に設置されている。また、リングバリスタ１２０の各電極１２１〜１２３に対するコンデンサＣ１、Ｃ２の接続および固定は、半田付けにより行われている。
【０００９】
回転角度検出装置（先行の技術２）において、直流モータが６０°回転する毎に、インピーダンスの異なる３種の電気回路を形成する。各電気回路に電流が流れることで、電流検出手段１０４は、図１１（ｂ）の時刻Ｔ１〜Ｔ４の状態に示したように、振幅の大きさが異なる３つの状態の脈流を検出する。
そして、信号処理部１０５は、電流検出手段１０４が検出した通電電流の振幅変化を電圧の異なる３段階のパルス信号に変換する。
そして、回転角度検出部１０６は、信号処理部１０５が出力するパルス信号が第１ステータス（高電圧のパルス信号）、第２ステータス（中間電圧のパルス信号）、第３ステータス（低電圧のパルス信号）の順、あるいは第２ステータス、第３ステータス、第１ステータス、あるいは第３ステータス、第１ステータス、第２ステータスの順に遷移するとき、直流モータが正転方向に回転していることを検出する。
【００１０】
また、回転角度検出部１０６は、信号処理部１０５が出力するパルス信号が第１ステータス、第３ステータス、第２ステータスの順、あるいは第３ステータス、第２ステータス、第１ステータス、あるいは第２ステータス、第１ステータス、第３ステータスの順に遷移するとき、直流モータが逆転方向に回転していることを検出する。
また、回転角度検出部１０６は、信号処理部１０５が出力するパルス信号が各ステータスに遷移する回数をカウントする。そして、そのカウント値を正転方向に回転している時は加算し、逆転方向に回転している時は減算する等、回転方向に応じて増減することで、直流モータの回転角度を検出する。したがって、回転角度検出装置（先行の技術２）においては、直流モータの回転角度を６０°毎に検出することが可能となる。また、直流モータの回転方向も検出することが可能となる。
【００１１】
［従来の技術の不具合］
ところが、回転角度検出装置（先行の技術１）においては、通電電流の振幅状態の遷移によって直流モータの回転方向を検出することは困難であるという問題があった。
ここで、内燃機関の燃焼室に供給する吸入空気を制御する吸気制御システムの吸気制御弁の駆動源として直流モータを適用することが考えられる。直流モータの回転は、減速機構で４０分の１に減速され、吸気制御弁に伝達される。
回転角度検出装置（先行の技術１）は、直流モータの回転角度を６０°または１２０°回転する毎に検出することが可能であるため、減速比４０で伝達される吸気制御弁の回転角度について、３°の分解能を有することになる。これにより、分解能が粗いという問題があった。
【００１２】
回転角度検出装置（先行の技術１及び２）においては、リングバリスタ１２０等の回転部品にコンデンサＣ１、Ｃ２を半田付けにより実装する必要があるので、直流モータが高速回転すると、コンデンサＣ１、Ｃ２が脱落する可能性がある。これにより、回転角度検出装置により検出された値に対する信頼性に問題があった。
また、回転角度検出装置（先行の技術１及び２）は、リングバリスタ１２０等の回転部品にコンデンサＣ１、Ｃ２を半田付けにより実装する必要があるので、部品点数および組付工数が多く、コストアップとなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００７−６５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、直流モータの回転角度および回転方向を確実に検出することのできる直流モータ制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
請求項１に記載の発明によれば、直流モータに、円周方向に所定の間隔で３個以上のティースが設置されたコアと、３個以上のティースの各ティースの周囲にそれぞれ集中的に巻装された３相以上の相コイルを有する電機子巻線と、この電機子巻線が接続される３個以上のセグメントを有するコンミテータと、このコンミテータを介して電機子巻線へ電流を供給する少なくとも一対のブラシとを備えている。
また、コアは、その円周方向に隣り合う各ティース間に、各相コイルを収納する３個以上のスロットを設けている。そして、直流モータは、コアの各スロットに収納される各相コイルの巻き数が、各スロット毎に変更されている。
そして、直流モータに流れる通電電流（交直混在）を電流検出手段が検出し、その検出された通電電流に含まれる交流電流成分を交流電流成分抽出手段が抽出する。そして、回転角度検出手段が、その抽出された交流電流成分に基づいて、直流モータの回転角度を検出する。
【００１６】
そして、直流モータのコアの各スロットに収納される各相コイルの巻き数を、各スロット毎に変更することで、直流モータの回転に伴い、インピーダンスの段階的な変化が生じ、このインピーダンスの段階的な変化に伴って交流電流成分が段階的に変化する。すなわち、巻き数が多い相コイルに通電電流が流れると、インピーダンスが大きくなる。これにより、交流電流成分抽出手段により抽出される交流電流成分の振幅が小さくなる。
また、巻き数が少ない相コイルに通電電流が流れると、インピーダンスが小さくなる。これにより、交流電流成分抽出手段により抽出される交流電流成分の振幅が大きくなる。したがって、交流電流成分の振幅の変化に基づいて、直流モータの回転角度を検出することが可能となる。
また、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の段階的な変化パターンから直流モータの回転方向を検出することができるので、回転角度の検出と回転方向の検出とが両方とも可能な高性能な回転角度検出装置を提供することができる。
したがって、直流モータの回転角度および回転方向を確実に検出することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、直流モータは、回転軸方向に延びるシャフトを有するロータと、このロータの周囲を円周方向に取り囲む筒状のステータとを備えている。そして、直流モータのロータには、コア、電機子巻線、コンミテータおよびブラシが設けられている。また、直流モータのステータには、少なくとも２極の界磁極が設けられている。 請求項３に記載の発明によれば、各ティースには、コアの外周からロータの径方向外側に向けて放射状に突出するティース巻装部、およびこのティース巻装部の外周端から周方向の両側に延びるティース磁極部が設けられている。また、各相コイルは、各ティースのティース巻装部の周囲を取り囲むように所定の巻き数分だけ巻装されている。
【００１８】
請求項４に記載の発明によれば、３個以上のティースは、各相コイルの重量（ウェイト）の違いを考慮して、ティース巻装部の幅が、各ティース毎に変更されている。
ここで、単純にスロット毎に各相コイルの巻き数を変更すると、各相コイルの重量（ウェイト）の違いで、重量アンバランスが生じる。そこで、各相コイルの重量（ウェイト）の違いを考慮して、ティース巻装部の幅を各ティース毎に変更している。
例えば各相コイルの巻き数が多い程、ティース巻装部の幅を狭くすることにより、各相コイルの重量（ウェイト）を調節し、ロータのアンバランスを解消することができる。これにより、ロータのアンバランスを小さくできるので、振動の原因となって軸受の寿命低下を招いたり、騒音が発生したりする等の不具合を解消することができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、３個以上のティースは、ロータの円周方向に６０°の間隔で設置された６個の第１〜第６ティースからなる。また、電機子巻線は、６個の第１〜第６ティース毎に巻回される６相の第１〜第６相コイルからなる。
そして、第１ティースに巻回される第１相コイルの巻き数をＬ１とし、第２ティースに巻回される第２相コイルの巻き数をＬ２とし、第３ティースに巻回される第３相コイルの巻き数をＬ３とし、第４ティースに巻回される第４相コイルの巻き数をＬ４とし、第５ティースに巻回される第５相コイルの巻き数をＬ５とし、第６ティースに巻回される第６相コイルの巻き数をＬ６としたとき、第１〜第６相コイルの巻き数は、Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６、Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６の関係を満足するように設定されている。
【００２０】
そして、各相コイルの巻き数が異なることにより、直流モータのトルク変動が生じてしまうが、スロットの個数を偶数にして、対向する各相コイルの巻き数の和を全て同一にすることで、直流モータのトルク変動を減少することができる。
そこで、各第１〜第６相コイルの巻き数を、Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６、Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６の関係を満足するように設定する。
これによって、各相コイルの巻き数の比率は、トルク変動、回転モーメントのアンバランスを問題ないレベルに低減することができる。また、交流電流成分の振幅の変化が検出できるレベルには、インピーダンスが変化するような範囲に設定することが望ましい。
【００２１】
請求項６に記載の発明によれば、直流モータのコアは、シャフトの外周に嵌合し、回転軸方向に複数積層された磁性鋼板により構成されている。
請求項７に記載の発明によれば、流体流路を流れる流体を制御する流体制御弁と、直流モータの回転動力を流体制御弁に伝達すると共に、直流モータの回転速度を所定の減速比に減速する減速機構とを備えている。この場合には、回転角度検出装置により流体制御弁の回転角度の検出と流体制御弁の回転方向の検出とを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】（ａ）は直流モータ制御装置を示したブロック図で、（ｂ）は回転角度検出装置の通電電流波形を示したタイミングチャートである（実施例１）。
【図２】内燃機関の吸気制御装置を示した構成図である（実施例１）。
【図３】２極３スロット（３ティース）の直流モータのロータを示した斜視図である（実施例１）。
【図４】直流モータのリングバリスタを示した模式図である（実施例１）。
【図５】（ａ）はブラシとセグメントとの関係を示した説明図で、（ｂ）は（ａ）の状態を示した回路図である（実施例１）。
【図６】（ａ）はブラシとセグメントとの関係を示した説明図で、（ｂ）は（ａ）の状態を示した回路図である（実施例１）。
【図７】（ａ）はブラシとセグメントとの関係を示した説明図で、（ｂ）は（ａ）の状態を示した回路図である（実施例１）。
【図８】磁性鋼板を示した平面図である（実施例２）。
【図９】（ａ）、（ｂ）は２極６スロット（６ティース）の直流モータを示した説明図である（実施例３）。
【図１０】（ａ）は回転角度検出装置を示したブロック図で、（ｂ）は回転角度検出装置の通電電流波形を示したタイミングチャートである（先行の技術１）。
【図１１】（ａ）は回転角度検出装置を示したブロック図で、（ｂ）は回転角度検出装置の通電電流波形を示したタイミングチャートである（先行の技術２）。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は直流モータにおけるリングバリスタに対するコンデンサの設置状態を示した模式図である（先行の技術１及び２）。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
本発明は、部品点数や組付工数を減少することでコストの削減を図りながらも、直流モータの回転角度および回転方向を確実に検出するという目的を、直流モータのコアの各スロットに収納される各相コイルの巻き数を、各スロット毎に変更することで実現した。
【実施例１】
【００２４】
［実施例１の構成］
図１ないし図７は本発明の実施例１を示したもので、図１は直流モータ制御装置を示した図で、図２は内燃機関の吸気制御装置を示した図で、図３は２極３スロット（３ティース）の直流モータのロータを示した図で、図４は直流モータのリングバリスタを示した図である。
【００２５】
本実施例の直流モータ制御装置は、２極３ティース（３スロット）構造のブラシ付き直流モータ１と、この直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置２と、この回転角度検出装置２で検出した直流モータ１の回転角度および回転方向に基づいて直流モータ１への直流電力（直流電流）を制御する直流モータ制御装置（エンジン制御装置、エンジン制御ユニット：以下ＥＣＵと呼ぶ）３とを備えている。
この回転角度検出装置２は、直流モータ１へ直流電流を供給する直流電源４と、直流モータ１へ交流電流を供給する交流電源５と、直流モータ１を流れる通電電流を検出する電流検出手段７と、後述する交流電流成分抽出手段を有し、この交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の振幅に対応したパルス信号を生成する信号処理部８と、この信号処理部８から出力されるパルス信号に基づいて直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出部９とを備えている。
【００２６】
そして、直流モータ制御装置は、内燃機関（エンジンＥ）の各気筒毎の燃焼室内において混合気の燃焼を促進させるための吸気渦流を生成することが可能な吸気制御装置（内燃機関の吸気制御装置）に適用されている。
吸気制御装置は、エンジンＥの各気筒毎の燃焼室内において縦方向の吸気渦流（タンブル流）を発生させるシステムである。
吸気制御装置は、エンジンＥの運転状態（エンジン情報）に基づいて直流モータ１を制御するＥＣＵ３と、エンジンＥの各吸気ポート１０に接続する吸気ダクト１１と、この吸気ダクト１１の内部（吸気通路１２）を流れる吸入空気にタンブル流を発生させる吸気制御弁（タンブル流制御弁：以下ＴＣＶと呼ぶ）とによって構成されている。
【００２７】
ＴＣＶは、エンジンＥの運転状態に応じて各吸気通路１２の通路断面積を絞ることで、エンジンＥの各気筒毎の燃焼室に向かう吸気流を制御する吸気流制御弁である。また、ＴＣＶは、エンジンＥの運転状態に応じて各吸気通路１２における吸気絞り部（各吸気通路壁面とバルブ１４の上端面との間に形成される流路）１３の開口面積を変化させることで、エンジンＥの各気筒毎の燃焼室内においてガス流動または吸気渦流を発生させる吸気流制御弁である。
また、ＴＣＶは、吸気ダクト１１に対して相対回転するバルブ（吸気制御弁の弁体）１４、このバルブ１４を支持固定する弁軸（回転軸、シャフト）１５、およびこのシャフト１５を介してバルブ１４を駆動するアクチュエータを有している。
【００２８】
バルブ１４は、各吸気通路１２に開閉自在（回転自在）に設置されており、シャフト１５の回転に伴って吸気ダクト１１に対して相対回転する回転型バルブである。
アクチュエータは、バルブ１４のシャフト１５を駆動する直流モータ１、およびこの直流モータ１のモータ軸（回転軸、シャフト）１６の回転速度を所定の減速比（例えば減速比４０）となるように減速し、直流モータ１の駆動力（モータトルク）を増大させてバルブ１４のシャフト１５に伝達する動力伝達機構（歯車減速機構）１７を有している。
ここで、歯車減速機構１７は、直流モータ１のシャフト１６に回転駆動されるウォームギヤ、およびこのウォームギヤに噛み合うウォームホイール等によって構成されている。なお、直流モータ１のシャフト１６に回転駆動される第１ギヤ、この第１ギヤに噛み合う第２ギヤ、およびこの第２ギヤに噛み合う第３ギヤ等によって歯車減速機構を構成して良い。
【００２９】
次に、本実施例の直流モータ１の詳細を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
直流モータ１は、３相の電機子巻線を集中巻き方式で形成した２極３スロット構造のブラシ付きＤＣモータであり、回転軸方向に真っ直ぐに延びるシャフト１６を有するロータ（電機子）と、このロータの周囲を円周方向（モータ周方向）に取り囲む筒状のステータと、このステータに対して固定されたブラシホルダ（図示せず）に収容保持された一対の給電ブラシ（第１、第２ブラシ）１８、１９とを備えている。
ステータは、円筒状のモータケース（ヨーク）、およびこのモータケースの内周面において互いに対向する位置に接着剤等により固着された２個の永久磁石（マグネットＭ１、Ｍ２：図９参照）を有している。２個のマグネットＭ１、Ｍ２は、２極の界磁極を形成する。
一対の第１、第２ブラシ１８、１９は、モータ周方向に１８０°間隔で、しかも互いに対向して配置されている。また、第１ブラシ１８は、外部電源（直流電源）の正極側（Ｖｃｃ側）に電力供給ラインを介して接続されている。また、第２ブラシ１９は、直流電源の負極側（グランド側、ＧＮＤ側）に電力供給ラインを介して接続されている。
【００３０】
ロータは、ステータの径方向内側に所定のギャップを介して設置されている。このロータは、モータケースに軸受を介して回転自在に支持されたシャフト１６、モータ軸方向（回転軸方向とも言う）に磁性鋼板を複数積層して形成された電機子コア（ロータコア）、このロータコアに巻回される電機子巻線（電機子コイル）、および一対の第１、第２ブラシ１８、１９に押圧接触されるコンミテータ（整流子）を有している。
ロータコアは、積層型鉄心により形成され、シャフト１６の外周に圧入嵌合される円筒状（または角筒状）の嵌合部２０（図８参照）、およびこの嵌合部２０の外周面から突出する３個の突極（第１〜第３ティース２１〜２３：図８参照）を有している。
【００３１】
３個の第１〜第３ティース２１〜２３は、嵌合部２０の外周面にその円周方向に等間隔（１２０°間隔）で設置されている。また、３個の第１〜第３ティース２１〜２３は、ロータコアの嵌合部２０の外周面からロータの半径方向外側に向けて放射状に突出するティース巻装部２４（図８参照）、およびこのティース巻装部２４の外周端からモータ周方向の両側に延びるティース磁極部２５（図８参照）を有している。このティース磁極部２５の外周面は、ステータの内周面に対向している。
【００３２】
嵌合部２０の中心部を貫通する貫通孔２０ａには、シャフト１６が固定されている。シャフト１６は、回転軸方向の両端部がそれぞれモータケースに軸受を介して回転可能に支持されている。これにより、ロータは、モータケースおよびステータに対して相対回転可能となっている。
また、ロータコアの円周方向に隣合う各第１〜第３ティース２１〜２３間には、電機子巻線の各第１〜第３相コイル３１〜３３を収納する３個の第１〜第３スロット４１〜４３が形成されている。
【００３３】
電機子巻線は、３個の第１〜第３ティース２１〜２３の各ティース巻装部２４の周囲に集中巻方式で巻装されて、各第１〜第３スロット４１〜４３に収納される３相の各第１〜第３相コイル３１〜３３により構成されている。各第１〜第３相コイル３１〜３３は、各ティース巻装部２４の外側にインシュレータを介して巻回されている。
そして、電機子巻線を構成する３個（３相）の第１〜第３ティース２１〜２３は、図１（ａ）および図４に示したように、Δ結線されている。
【００３４】
ここで、本実施例の直流モータ１は、ロータコアの各第１〜第３スロット４１〜４３に収納される各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数が、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に変更されている。
つまり第１ティース２１の周囲に巻回される第１相コイル３１の巻き数をＬ１とし、第２ティース２２の周囲に巻回される第２相コイル３２の巻き数をＬ２とし、第３ティース２３の周囲に巻回される第３相コイル３３の巻き数をＬ３としたとき、各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数が以下の数１の式の関係を満足するように設定されている。
【００３５】
［数１］
Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３
具体的には、第１相コイル３１の巻き数（Ｌ１）は、６０ターンである。また、第２相コイル３２の巻き数（Ｌ２）は、８０ターンである。また、第３相コイル３３の巻き数（Ｌ３）は、１００ターンである。
これにより、各第１〜第３相コイル３１〜３３のインダクタンスは、第１相コイル３１、第２相コイル３２、第３相コイル３３の順に小さくなる。言い換えると、インダクタンスは、巻き数の多い順（第３相コイル３３、第２相コイル３２、第１相コイル３１の順）に大きくなる。また、各第１〜第３相コイル３１〜３３は、互いに電気角で２／３πずつ離れるように配置されている。
【００３６】
直流モータ１は、電機子巻線の各第１〜第３相コイル３１〜３３がデルタ結線され、各第１〜第３相コイル３１〜３３のコイル端末部がコンミテータの各第１〜第３セグメント（整流子片）５１〜５３に接続されている。
すなわち、第３セグメント５３と第１セグメント５１との間に第１相コイル３１が接続され、また、第１セグメント５１と第２セグメント５２との間に第２相コイル３２が接続され、また、第２セグメント５２と第３セグメント５３との間に第３相コイル３３が接続されている。
そして、３個の第１〜第３セグメント５１〜５３のうちのいずれか２つのセグメントが、第１、第２ブラシ１８、１９にそれぞれ接触しており、直流モータ１のシャフト１６の回転によるコンミテータの回転に伴って、各第１、第２ブラシ１８、１９と接触する２つのセグメントが切り替わっていく。
【００３７】
コンミテータは、シャフト１６の半径方向の外周部に円筒状の合成樹脂製支持筒３０を介して固定されている。このコンミテータは、一対の第１、第２ブラシ１８、１９が押圧接触する３個の第１〜第３セグメント５１〜５３により構成されている。なお、図３では、各第１〜第３相コイル３１〜３３とコンミテータの各第１〜第３セグメント５１〜５３とを接続する電気配線は省略されている。各第１〜第３セグメント５１〜５３には、リングバリスタ６０の各第１〜第３電極６１〜６３に当接する各当接片５４〜５６が設けられている。
【００３８】
また、コンミテータの半径方向外側には、サージ電圧が加わるとき、電流をグランド側に流すことで、ノイズを抑制する円板状のリングバリスタ６０が設置されている。このリングバリスタ６０は、図４に示したように、コンミテータの第１〜第３セグメント５１〜５３に電気的に接続する３つの第１〜第３電極６１〜６３と、隣り合う各第１〜第３電極６１〜６３間を接続する抵抗体６４〜６６を有している。
以上により、コンミテータの各第１〜第３セグメント５１〜５３に電気的に接続する各第１、第２ブラシ１８、１９に、正極側、負極側外部接続端子である一対の異極ターミナルを経由して直流電源４および交流電源５から電流が供給されると、各第１〜第３相コイル３１〜３３に電流が流れ、ロータが回転する。
【００３９】
ここで、アクチュエータ、特に直流電力の供給を受けるとバルブ１４のシャフト１５を駆動する駆動力を発生する直流モータ１は、ＥＣＵ３によって通電制御されるように構成されている。このＥＣＵ３には、制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御プログラムまたは制御ロジックや各種データを保存する記憶装置（ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ）、入力回路（入力部）、出力回路（出力部）、電源回路、タイマー等の機能を含んで構成される周知の構造のマイクロコンピュータが設けられている。
【００４０】
ＥＣＵ３は、エンジンＥの運転状態を検出する運転状態検出手段を有している。エンジンＥの運転状態は、エンジン回転速度、エンジン負荷（アクセル開度）、エンジン冷却水温度、吸気温度等によって検出することができる。
また、ＥＣＵ３は、回転角度検出装置２より出力される電気信号（センサ出力信号）が、Ａ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換された後に、ＥＣＵ３に内蔵されたマイクロコンピュータに入力されるように構成されている。
【００４１】
次に、本実施例の回転角度検出装置２の詳細を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
回転角度検出装置２は、図１（ａ）に示したように、直流モータ１のシャフト１６を回転させる（モータトルクを発生させる）ための直流電源４と、直流モータ１のシャフト１６の回転角度を検出するための所定の周波数の交流電流を生成する交流電源５と、直流電源４から直流モータ１へ供給される直流電流に交流電源５で生成された交流電流を重畳させて直流モータ１へ供給するためのカップリングコンデンサ６と、直流モータ１を流れる通電電流を検出する電流検出手段７と、この電流検出手段７により検出された通電電流の振幅を電圧の異なるパルス信号に変換する信号処理部８と、この信号処理部８から出力されるパルス信号に基づいて直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出部９とを備えている。
【００４２】
ここで、直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する際に、直流モータ１を流れる通電電流は、直流電源４からの直流電流と交流電源５からの交流電流が重畳された、交直混在（脈流の一種）の電流である。
信号処理部８は、直流モータ１を流れる通電電流に含まれる交流電流成分を抽出する交流電流成分抽出手段を含んでいる。
回転角度検出部９は、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分に基づいて、直流モータ１の回転角度を検出する回転角度検出手段、および交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の変化パターンに基づいて、直流モータ１の回転方向を検出する回転方向検出手段を含んでいる。
【００４３】
［実施例１の検出方法］
次に、本実施例の回転角度検出装置２の検出方法を図１ないし図７に基づいて簡単に説明する。
【００４４】
ここで、直流モータ１のロータが１８０°回転する間における、直流モータ１内部の結線状態の変化、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路の変化を、図５ないし図７に示す。本実施例の直流モータ１のモータ回路は、直流モータ１のロータが１８０°回転する間に、状態Ａ、状態Ｂ、状態Ｃの３種類に変化する。つまりロータが６０°回転する毎に、インピーダンスの異なる３種類のモータ回路を形成する。各モータ回路に電流が流れることで、電流検出手段７は、図１（ｂ）に示したように、振幅の異なる３つの状態の脈流を検出する。
【００４５】
状態Ａは、図５（ａ）に示したように、Ｖｃｃ側（直流電源４の正極側）の第１ブラシ１８に、第３セグメント５３が接触し、ＧＮＤ側（直流電源４の負極側）の第２ブラシ１９に第１セグメント５１が接触した状態である。この状態Ａでの直流モータ１の等価回路、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路は、図５（ｂ）に示した回路となる。なお、Ｖｃｃとは、直流電源４の電源電圧を示すものである。
この状態Ａでは、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの一方の電流経路上には、１００ターンの第３相コイル３３および８０ターンの第２相コイル３２が存在し、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの他方の電流経路上には、６０ターンの第１相コイル３１が存在する。
すなわち、この状態Ａでは、第３相コイル３３および第２相コイル３２の直列回路と、第１相コイル３１のみの回路とが存在する。これにより、回路全体のインピーダンスが低くなるので、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流に含まれる交流電流成分の振幅が大きくなる。
このとき、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段７は、図１（ｂ）の時刻Ｔ１〜Ｔ２（時刻Ｔ４〜Ｔ５）の状態に示したように、交流電流成分の振幅の大きい第１状態の脈流を検出する。
【００４６】
次に、直流モータ１のロータが図示矢印方向（右回転方向）に６０°分だけ回転すると、図６（ａ）に示したような状態Ｂとなる。
この状態Ｂは、Ｖｃｃ側の第１ブラシ１８に、第２セグメント５２が接触し、ＧＮＤ側の第２ブラシ１９に第１セグメント５１が接触した状態である。この状態Ｂでの直流モータ１の等価回路、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路は、図６（ｂ）に示した回路となる。
この状態Ｂでは、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの一方の電流経路上には、８０ターンの第２相コイル３２が存在し、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの他方の電流経路上には、１００ターンの第３相コイル３３および６０ターンの第１相コイル３１が存在する。
すなわち、この状態Ｂでは、第２相コイル３２のみの回路と、第３相コイル３３および第１相コイル３１の直列回路とが存在する。これにより、回路全体のインピーダンスが状態Ａよりも高くなるので、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流に含まれる交流電流成分の振幅が状態Ａよりも小さくなる。
このとき、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段７は、図１（ｂ）の時刻Ｔ２〜Ｔ３の状態に示したように、時刻Ｔ１〜Ｔ２の状態よりも振幅の小さい第２状態の脈流を検出する。
【００４７】
次に、直流モータ１のロータが図示矢印方向（右回転方向）に６０°分だけ回転すると、図７（ａ）に示したような状態Ｃとなる。
この状態Ｃは、Ｖｃｃ側の第１ブラシ１８に、第２セグメント５２が接触し、ＧＮＤ側の第２ブラシ１９に第３セグメント５３が接触した状態である。この状態Ｃでの直流モータ１の等価回路、つまり各第１、第２ブラシ１８、１９間に形成されるモータ回路は、図７（ｂ）に示した回路となる。
この状態Ｃでは、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの一方の電流経路上には、８０ターンの第２相コイル３２および６０ターンの第１相コイル３１が存在し、第１ブラシ１８から第２ブラシ１９に至るまでの他方の電流経路上には、１００ターンの第３相コイル３３が存在する。
すなわち、この状態Ｃでは、第２相コイル３２および第１相コイル３１の直列回路と、第３相コイル３３のみの回路とが存在する。これにより、回路全体のインピーダンスが状態Ｂよりも高くなるので、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流に含まれる交流電流成分の振幅が状態Ｂよりも小さくなる。
このとき、直流モータ１のモータ回路を流れる通電電流を検出する電流検出手段７は、図１（ｂ）の時刻Ｔ３〜Ｔ４の状態に示したように、時刻Ｔ２〜Ｔ３の状態よりも振幅の小さい第３状態の脈流を検出する。
【００４８】
以上のように、電流検出手段７は、図１（ｂ）に示したように、ロータが６０°回転する毎に、振幅の異なる３つの第１〜第３状態の脈流を検出する。
次に、信号処理部８は、電流検出手段７の検出した電流の振幅変化をＡ／Ｄ変換、整流、平滑等により電圧の異なる３種類のパルス信号に変換する。具体的には、交流電流成分の振幅の大きい第１状態の脈流を検出した場合には、信号処理部８から最も高電圧のパルス信号（Ｘ）が出力される。また、第１状態よりも振幅の小さい第２状態の脈流を検出した場合には、信号処理部８から中間電圧のパルス信号（Ｘ）が出力される。また、第２状態よりも振幅の小さい第３状態の脈流を検出した場合には、信号処理部８から最も低電圧のパルス信号（Ｘ）が出力される。
【００４９】
回転角度検出部９は、図１（ａ）に示したように、信号処理部８より出力されるパルス信号を２つの第１、第２比較回路（図示せず）に入力する。
信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）は、第１比較回路によって、第１の閾値と比較される。信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第１の閾値以上のとき、第１比較回路は「１」を出力する。また、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第１の閾値未満のとき、第１比較回路は「０」を出力する。
これと同時に、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）は、第２比較回路によって、第２の閾値と比較される。信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第２の閾値以上のとき、第２比較回路は「１」を出力する。また、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が第２の閾値未満のとき、第２比較回路は「０」を出力する。
【００５０】
そして、回転角度検出部９は、第１比較回路の出力が「１」、第２比較回路の出力が「１」の時、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）を第１ステータスと判定する。また、第１比較回路の出力が「０」、第２比較回路の出力が「１」の時には、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）を第２ステータスと判定する。また、第１比較回路の出力が「０」、第２比較回路の出力が「０」の時には、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）を第３ステータスと判定する。
【００５１】
また、回転角度検出部９は、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が、第１ステータス、第２ステータス、第３ステータスの順、あるいは第２ステータス、第３ステータス、第１ステータスの順、あるいは第３ステータス、第１ステータス、第２ステータスの順に遷移する時、直流モータ１のロータが正転方向（例えばバルブ１４の閉弁作動方向）に回転していることを検出する。
一方、回転角度検出部９は、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が、第１ステータス、第３ステータス、第２ステータスの順、あるいは第３ステータス、第２ステータス、第１ステータスの順、あるいは第２ステータス、第１ステータス、第３ステータスの順に遷移する時、直流モータ１のロータが逆転方向（例えばバルブ１４の開弁作動方向）に回転していることを検出する。
【００５２】
回転角度検出部９は、信号処理部８が出力するパルス信号（Ｘ）が、各ステータスに遷移する回数をカウントする。そして、そのカウント値を例えば正転方向に回転している時は加算し、逆転方向に回転している時は減算する等、回転方向に応じて増減することにより、直流モータ１のロータの回転角度または被駆動体となるＴＣＶのバルブ１４等の回転角度を算出する。
【００５３】
［実施例１の効果］
以上のように、本実施例の直流モータ１のロータの回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置２においては、直流モータ１のロータコアの各第１〜第３スロット４１〜４３に収納される各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に変更している。具体的には、第１ティース２１の周囲に巻回される第１相コイル３１の巻き数（Ｌ１）を６０ターンとし、第２ティース２２の周囲に巻回される第２相コイル３２の巻き数（Ｌ２）を８０ターンとし、第３ティース２３の周囲に巻回される第３相コイル３３の巻き数（Ｌ３）を１００ターンとしている。
【００５４】
このように各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に変更することで、直流モータ１のロータの回転に伴い、インピーダンスの段階的な変化が生じ、このインピーダンスの段階的な変化に伴って交流電流成分が段階的に変化する。
そして、直流モータ１に流れる通電電流（交直混在）を電流検出手段７が検出し、その検出された通電電流に含まれる交流電流成分を信号処理部８の交流電流成分抽出手段が抽出する。そして、その抽出された交流電流成分に基づき、回転角度検出部９が直流モータ１の回転角度を検出する。
【００５５】
そして、交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の段階的な変化パターンに基づいて、直流モータ１のロータの回転方向を検出することができるので、直流モータ１のロータの回転角度の検出と直流モータ１のロータの回転方向の検出とが両方とも可能な高性能な回転角度検出装置２を提供することができる。
また、直流モータ１の回転方向の検出結果に基づいて、直流モータ１の回転角度の検出結果を補正することもできるので、直流モータ１の回転方向が変わってもそれに応じて精度良く回転角度を検出することができる。
したがって、直流モータのロータの回転角度および回転方向を確実に検出することができる。
【００５６】
また、コンデンサをリングバリスタ６０等の回転部材に実装していない。つまり、直流モータ１のロータの回転に伴うインピーダンスの段階的な変化をもたらすコンデンサが脱落する可能性がないので、回転角度検出装置２が検出した回転角度および回転方向への信頼性を向上することができる。
また、部品点数および組付工数を増加することなく、直流モータ１の回転角度および回転方向の検出精度を向上できるので、コスト削減を図ることができる。
【００５７】
また、本実施例の回転角度検出装置２は、直流モータ１の回転角度を６０°回転する毎に検出することができるので、減速比４０で伝達されるＴＣＶのバルブ１４の回転角度について、１．５°の分解能を有する。これにより、回転角度検出装置（先行の技術１）と比べて、分解能を倍増することができる。また、ＥＣＵ３は、回転角度検出装置２の検出結果に基づき、ＴＣＶのバルブ１４が目標とする回転角度および回転方向に回転するように直流モータ１に駆動電流を印加することができる。
【実施例２】
【００５８】
図８は本発明の実施例２を示したもので、２極３スロット（３ティース）の直流モータのロータコアを示した図である。
【００５９】
ここで、各第１〜第３スロット４１〜４３毎に各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数を変更すると、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）の違いにより、重量アンバランスが生じる。
そこで、解決方法として、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）の違いを考慮して、直流モータ１のロータコアの各磁性鋼板の形状を変えることが考えられる。具体的には、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）の違いを考慮して、各第１〜第３ティース２１〜２３毎にティース巻装部２４の幅（ティース幅）を変更することが望ましい。
【００６０】
例えば各第１〜第３相コイル３１〜３３の巻き数が多い程、３個の第１〜第３ティース２１〜２３の各ティース巻装部２４のティース幅を狭くすることにより、各第１〜第３相コイル３１〜３３の重量（ウェイト）を調節し、直流モータ１のロータのアンバランスを解消することができる。これにより、直流モータ１のロータのアンバランスを小さくできるので、振動の原因となって軸受の寿命低下を招いたり、騒音が発生したりする等の不具合を解消することができる。
【実施例３】
【００６１】
図９は本発明の実施例３を示したもので、図９（ａ）、（ｂ）は２極６スロット（６ティース）の直流モータを示した図である。
【００６２】
本実施例の直流モータ制御装置は、２極６ティース（６スロット）構造のブラシ付き直流モータ１と、この直流モータ１の回転角度および回転方向を検出する回転角度検出装置２と、この回転角度検出装置２で検出した直流モータ１の回転角度および回転方向に基づいて直流モータ１への直流電力（直流電流）を制御するＥＣＵ３とを備えている。
ロータコアは、磁性鋼板を複数積層してなる積層型鉄心により形成され、シャフト１６の外周に嵌合する嵌合部２０の外周面から半径方向の外側に向けて突出する６個の突極（第１〜第６ティース）を有している。
【００６３】
６個の第１〜第６ティースは、嵌合部２０の外周面にその円周方向に等間隔（６０°間隔）で設置されている。また、６個の第１〜第６ティースは、ティース巻装部２４（図８参照）およびティース磁極部２５（図８参照）を有している。
また、ロータコアの円周方向に隣合う各第１〜第６ティース間には、電機子巻線の各第１〜第６相コイル３１〜３６を収納する６個の第１〜第６スロットが形成されている。
また、電機子巻線は、６個の第１〜第６ティースの各ティース巻装部２４毎に巻回される６相の第１〜第６相コイル３１〜３６からなる。
【００６４】
そして、第１ティースに巻回される第１相コイル３１の巻き数をＬ１とし、第２ティースに巻回される第２相コイル３２の巻き数をＬ２とし、第３ティースに巻回される第３相コイル３３の巻き数をＬ３とし、第４ティースに巻回される第４相コイル３４の巻き数をＬ４とし、第５ティースに巻回される第５相コイル３５の巻き数をＬ５とし、第６ティースに巻回される第６相コイル３６の巻き数をＬ６としたとき、各第１〜第６相コイル３１〜３６の巻き数は、以下の数２、数３の式の関係を満足するように設定されている。
【００６５】
［数２］
Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６
［数３］
Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６
具体的には、第１相コイル３１の巻き数（Ｌ１）を６０ターンとし、対向する第４相コイル３４の巻き数（Ｌ４）を１７０ターンとする。また、第２相コイル３２の巻き数（Ｌ２）を８０ターンとし、対向する第５相コイル３５の巻き数（Ｌ５）を１５０ターンとする。また、第３相コイル３３の巻き数（Ｌ３）を１００ターンとし、対向する第６相コイル３６の巻き数（Ｌ６）を１３０ターンとする。
【００６６】
ここで、各第１〜第６相コイル３１〜３６の巻き数が異なることにより、直流モータ１のトルク変動が生じてしまうが、図９に示したように、スロットの個数を偶数（例えば６個の第１〜第６スロット）にして、対向する第１、第４相コイル３１、３４の巻き数の和、対向する第２、第５相コイル３２、３５の巻き数の和、対向する第３、第６相コイル３３、３６の巻き数の和を全て同一にすることで、直流モータ１のトルク変動を減少することができる。
これによって、各第１〜第６相コイル３１〜３６の巻き数の比率は、トルク変動、回転モーメントのアンバランスを問題ないレベルに低減することができる。また、交流電流成分の振幅の変化が検出できるレベルには、インピーダンスが変化するような範囲に設定することが望ましい。
【００６７】
［変形例］
本実施例では、直流モータ１のロータの磁極数を３極または６極とし、ステータの磁極数を２極として、ロータの磁極数をステータの磁極数よりも多くしているが、直流モータ１のロータの磁極数を４極とし、ステータの磁極数を８極として、ロータの磁極数をステータの磁極数よりも少なくしても良い。
本実施例では、直流モータ１をタンブル流制御用のバルブ１４の動力源としているが、直流モータ１をその他のバルブ（流量制御用のバルブ、流路切替用のバルブ、流路開閉用のバルブ等）の動力源としても良い。また、直流モータ１とバルブ１４のシャフト１５とを直結しても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１ 直流モータ
２ 回転角度検出装置
３ ＥＣＵ（エンジン制御装置）
４ 直流電源
５ 交流電源
７ 電流検出手段
８ 信号処理部（交流電流成分抽出手段）
９ 回転角度検出部（回転角度検出手段、回転方向検出手段）
１６ 直流モータのシャフト
１７ 歯車減速機構
１８ 第１ブラシ
１９ 第２ブラシ
２１ 第１ティース
２２ 第２ティース
２３ 第３ティース
２４ ティース巻装部
２５ ティース磁極部
３１ 第１相コイル（電機子巻線）
３２ 第２相コイル（電機子巻線）
３３ 第３相コイル（電機子巻線）
３４ 第４相コイル（電機子巻線）
３５ 第５相コイル（電機子巻線）
３６ 第６相コイル（電機子巻線）
４１ 第１スロット
４２ 第２スロット
４３ 第３スロット
５１ 第１セグメント（コンミテータ）
５２ 第２セグメント（コンミテータ）
５３ 第３セグメント（コンミテータ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）円周方向に所定の間隔で３個以上のティースが設置されたコアと、
前記３個以上のティースの各ティースの周囲にそれぞれ集中的に巻装された３相以上の相コイルを有する電機子巻線と、
この電機子巻線が接続される３個以上のセグメントを有するコンミテータと、
このコンミテータを介して前記電機子巻線へ電流を供給する少なくとも一対のブラシとを具備した直流モータと、
（ｂ）前記ブラシから前記コンミテータを介して前記電機子巻線側へ直流電流を供給する直流電源と、
前記ブラシから前記整流子を介して前記電機子巻線側へ交流電流を供給する交流電源と、
前記ブラシを介して前記直流モータを流れる、前記直流電源からの直流電流に前記交流電源からの交流電源が重畳された通電電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出された通電電流に含まれる交流電流成分を抽出する交流電流成分抽出手段と、
この交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分に基づいて、前記直流モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の変化パターンに基づいて、前記直流モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と
を具備した回転角度検出装置と
を備え、
前記コアは、その円周方向に隣り合う前記各ティース間に、前記３相以上の相コイルの各相コイルを収納する３個以上のスロットを有し、
前記直流モータは、前記コアの各スロットに収納される前記各相コイルの巻き数が、前記各スロット毎に変更されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直流モータ制御装置において、
前記直流モータは、回転軸方向に延びるシャフトを有するロータと、このロータの周囲を円周方向に取り囲む筒状のステータとを備え、
前記ロータは、前記コア、前記電機子巻線、前記コンミテータおよび前記ブラシを有し、
前記ステータは、少なくとも２極の界磁極を有していることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の直流モータ制御装置において、
前記各ティースは、前記コアの外周から前記ロータの径方向外側に向けて放射状に突出するティース巻装部、およびこのティース巻装部の外周端から周方向の両側に延びるティース磁極部を有し、
前記各相コイルは、前記ティース巻装部の周囲を取り囲むように所定の巻き数分だけ巻装されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の直流モータ制御装置において、
前記３個以上のティースは、前記各相コイルの重量の違いを考慮して、前記ティース巻装部の幅が、前記各ティース毎に変更されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の直流モータ制御装置において、 前記３個以上のティースは、前記ロータの円周方向に６０°の間隔で設置された６個の第１〜第６ティースからなり、
前記電機子巻線は、前記６個の第１〜第６ティース毎に巻回される６相の第１〜第６相コイルからなり、
前記第１ティースに巻回される前記第１相コイルの巻き数をＬ１とし、
前記第２ティースに巻回される前記第２相コイルの巻き数をＬ２とし、
前記第３ティースに巻回される前記第３相コイルの巻き数をＬ３とし、
前記第４ティースに巻回される前記第４相コイルの巻き数をＬ４とし、
前記第５ティースに巻回される前記第５相コイルの巻き数をＬ５とし、
前記第６ティースに巻回される前記第６相コイルの巻き数をＬ６としたとき、
前記第１〜第６相コイルの巻き数は、
Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６、
Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６
の関係を満足するように設定されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の直流モータ制御装置において、 前記コアは、前記シャフトの外周に嵌合し、回転軸方向に複数積層された磁性鋼板により構成されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の直流モータ制御装置において、 流体流路を流れる流体を制御する流体制御弁と、
前記直流モータの回転動力を前記流体制御弁に伝達すると共に、前記直流モータの回転速度を所定の減速比に減速する減速機構と
を備えたことを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項１】
（ａ）円周方向に所定の間隔で３個以上のティースが設置されたコアと、
前記３個以上のティースの各ティースの周囲にそれぞれ集中的に巻装された３相以上の相コイルを有する電機子巻線と、
この電機子巻線が接続される３個以上のセグメントを有するコンミテータと、
このコンミテータを介して前記電機子巻線へ電流を供給する少なくとも一対のブラシとを具備した直流モータと、
（ｂ）前記ブラシから前記コンミテータを介して前記電機子巻線側へ直流電流を供給する直流電源と、
前記ブラシから前記整流子を介して前記電機子巻線側へ交流電流を供給する交流電源と、
前記ブラシを介して前記直流モータを流れる、前記直流電源からの直流電流に前記交流電源からの交流電源が重畳された通電電流を検出する電流検出手段と、
この電流検出手段により検出された通電電流に含まれる交流電流成分を抽出する交流電流成分抽出手段と、
この交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分に基づいて、前記直流モータの回転角度を検出する回転角度検出手段と、
前記交流電流成分抽出手段により抽出された交流電流成分の変化パターンに基づいて、前記直流モータの回転方向を検出する回転方向検出手段と
を具備した回転角度検出装置と
を備え、
前記コアは、その円周方向に隣り合う前記各ティース間に、前記３相以上の相コイルの各相コイルを収納する３個以上のスロットを有し、
前記直流モータは、前記コアの各スロットに収納される前記各相コイルの巻き数が、前記各スロット毎に変更されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の直流モータ制御装置において、
前記直流モータは、回転軸方向に延びるシャフトを有するロータと、このロータの周囲を円周方向に取り囲む筒状のステータとを備え、
前記ロータは、前記コア、前記電機子巻線、前記コンミテータおよび前記ブラシを有し、
前記ステータは、少なくとも２極の界磁極を有していることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の直流モータ制御装置において、
前記各ティースは、前記コアの外周から前記ロータの径方向外側に向けて放射状に突出するティース巻装部、およびこのティース巻装部の外周端から周方向の両側に延びるティース磁極部を有し、
前記各相コイルは、前記ティース巻装部の周囲を取り囲むように所定の巻き数分だけ巻装されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の直流モータ制御装置において、
前記３個以上のティースは、前記各相コイルの重量の違いを考慮して、前記ティース巻装部の幅が、前記各ティース毎に変更されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項５】
請求項２ないし請求項４のうちのいずれか１つに記載の直流モータ制御装置において、 前記３個以上のティースは、前記ロータの円周方向に６０°の間隔で設置された６個の第１〜第６ティースからなり、
前記電機子巻線は、前記６個の第１〜第６ティース毎に巻回される６相の第１〜第６相コイルからなり、
前記第１ティースに巻回される前記第１相コイルの巻き数をＬ１とし、
前記第２ティースに巻回される前記第２相コイルの巻き数をＬ２とし、
前記第３ティースに巻回される前記第３相コイルの巻き数をＬ３とし、
前記第４ティースに巻回される前記第４相コイルの巻き数をＬ４とし、
前記第５ティースに巻回される前記第５相コイルの巻き数をＬ５とし、
前記第６ティースに巻回される前記第６相コイルの巻き数をＬ６としたとき、
前記第１〜第６相コイルの巻き数は、
Ｌ１＋Ｌ４＝Ｌ２＋Ｌ５＝Ｌ３＋Ｌ６、
Ｌ１≠Ｌ２≠Ｌ３≠Ｌ４≠Ｌ５≠Ｌ６
の関係を満足するように設定されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項６】
請求項２ないし請求項５のうちのいずれか１つに記載の直流モータ制御装置において、 前記コアは、前記シャフトの外周に嵌合し、回転軸方向に複数積層された磁性鋼板により構成されていることを特徴とする直流モータ制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のうちのいずれか１つに記載の直流モータ制御装置において、 流体流路を流れる流体を制御する流体制御弁と、
前記直流モータの回転動力を前記流体制御弁に伝達すると共に、前記直流モータの回転速度を所定の減速比に減速する減速機構と
を備えたことを特徴とする直流モータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１７２３８１（Ｐ２０１１−１７２３８１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３６９０（Ｐ２０１０−３３６９０）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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