CN102113201B - 再生开关磁阻电机驱动系统 - Google Patents

再生开关磁阻电机驱动系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种再生开关磁阻电机驱动系统，其能够允许电机具有减少的尺寸和重量，提高的效率和再生制动时的提高的能量回收效率，而不采用钕磁石。基于电机中转子的角度位置，恒定电流触发电路2使两个电流路径交替导通，以允许具有180°的电气角的宽度的矩形波电流交替地在电机3中的两个线圈中流动，并在驱动电机3和制动电机3的时间之间将使两个电流路径交替导通的定时错开一时间，在该时间内转子旋转了对应于电气角180°的角度。当驱动电机时，直流恒定电流电源单元1对直流电源进行放电，当制动电机时，其通过直流电源的负端子接收输入电流，并将直流电流输出到恒定电流触发电路2，并进一步将从电机3通过恒定电流触发电路2再生的直流电流输出到其正端子，由此对直流电源进行充电。

Description

再生开关磁阻电机驱动系统
技术领域
本发明涉及一种采用再生开关磁阻电机以驱动电动车等的再生开关磁阻电机驱动系统。 
背景技术
目前，对于已被商业化的或提议的采用直流电源的代表性电机驱动系统，存在如下几种：(1)包含PWM逆变器和三相同步电机的，(2)包含恒定电流电源、多相恒定电流逆变器和多相恒定电流电机的，(3)包含PWM逆变器和三相感应电机的，以及(4)包含开关磁阻电机(例如专利文献1)的。 
电机驱动系统(1)已存在多年，并在近几年通过在电机中使用强钕磁石而得到快速发展。与采用钕磁石代替电磁石的电机驱动系统(1)相比，由与本发明相同的发明人发明的电机驱动系统(2)能够减少尺寸和重量，提高电机的效率。另外，电机驱动系统(2)能够进行再生制动直到停止，使得能够提高能量回收效率。 
电机驱动系统(3)已存在多年，其商业产品在日本提出，在世界范围内处于领先。电机驱动系统(3)不需要检测电机中转子角度位置，从而实现结构上的简化和良好的控制性。目前，该系统被广泛用于列车，电梯等等。然而，在电机驱动系统(3)中，要求被提供到三相感应电机的三相电源是完整的正弦波。另一方面，由PWM逆变器输出的伪正弦波含有许多谐波成分，这些谐波产生抗转矩。这显著降低了三相感应电机的效率。此外，尽管再生制动理论上可行，但是其需要分别地提供用于再生的逆变器，导致结构的复杂。 
电机驱动系统(4)已提出多年，并且被许多研究者研究。然而，因为其相对于上述的电机驱动系统(3)的优越性没有基础，尤其因为其没有特定的电制动方法，所以目前缺少实际应用。 
[专利文献1：日本特开专利公开文本：2008-125195] 
发明内容
发明所要解决的问题 
在上述的电机驱动系统(1)和(2)中，在电机中适于采用钕磁石。然而大量使用钕磁石存在供应问题。因此，本发明的发明人认为需要开发这样的电机驱动系统，其使用开关磁阻电机而不使用钕磁石，并且实现了在开关磁阻电机中尺寸和重量的减少以及效率的提高，并在再生制动时提高能量回收效率。具体地，开关磁阻电机效率的提高和在再生制动时能量回收效率的提高对于减少二氧化碳的排放是重要的。 
因此，本发明的目的是提供一种再生开关磁阻电机驱动系统，其不采用钕磁石，并实现开关磁阻电机的尺寸和重量的减少和效率的提高，以及再生制动时能量回收效率的提高。 
解决问题的手段 
根据本发明的再生开关磁阻电机驱动系统包括：电源单元，其包括直流电源和连接到所述直流电源的电压控制装置；触发电路，其具有连接到所述电源单元的输入端子和输出端子，所述触发电路使第一电流路径和第二电流路径交替导通；以及具有两相结构的电机，该电机包括铁制转子，所述铁制转子具有在具有转轴的圆柱结构体的外周上以等间隔设置的2n个凸部，其中n为整数，所述电机还包括铁制定子，所述铁制定子具有与所述凸部隔着空隙而环状地等间隔设置在所述转子的外周的4n个磁极，并且所述电机还包括每隔一个磁极而缠绕在所述磁极上的第一线圈以及在没有缠绕所述第一线圈的磁极上缠绕的第二线圈，其中所述第一线圈连接到所述第一电流路径，所述第二线圈连接到所述第二电流路径，其中所述电压控制装置从所述直流电源接收输入电流，并且控制输出电压，以使得输出到所述触发电路的输出电流与负载电动势的极性和大小无关而成为方向固定且大小为所指示的值的直流电流，并且其中所述触发电路在使得直流电流从所述输入端子流到所述输出端子的同时，基于所述转子的角度位置使所述第一电流路径和第二电流路径交替地导通，以使得具有180°的电气角宽度的矩形波电流交替地在所述第一线圈和第二线圈中流动，并且在驱动所述电机时与制动所述电机时，所述触发电路使交替地导通所述第一电流路径和第二电流路径的定时错开所述转子旋转与180°电气角相应的角度的时间，并且其中当驱动所述电机时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的正端子的电流，将所述直流电流输出到所述触发电路，并且输入来自所述触发电路的所述直流电流，输出到所述直 流电源的负端子而对所述直流电源进行放电，当对所述电机进行制动时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的负端子的电流，并将直流电流输出到所述触发电路，并且输入从所述电机经由所述触发电路再生的所述直流电流，输出到所述直流电源的正端子而对所述直流电源进行充电。 
根据这种结构，通过使用电磁石来实现电机，该电机不需要钕磁石。并且，能够使电机的结构比常规磁阻电机更简单，实现尺寸和重量的减小。此外，通过使用简单的控制以基于转子的角度位置使第一和第二电流路径交替导通，从而允许具有电气角180°的宽度的矩形波电流交替流过第一和第二线圈，能够在转子中产生有效的转动力，与提供例如正弦波电流的情况相比实现高转矩效率。另外，在驱动电机和制动电机的时间之内，将使第一和第二电流路径交替导通的定时错开一时间，在该时间内转子旋转了对应于电气角180°的角度，由此当电源单元将直流电流提供至触发电路时，该电源单元能够在驱动电机时被放电，并且能够在制动电机并直到电机停止(即，直到电机的电动势为0)时被再生电力充电，这能够提高能量回收效率。 
另外，根据本发明的再生开关磁阻电机驱动系统包括：电源单元，其包括直流电源和连接到所述直流电源的电压控制装置；m个触发电路，其具有连接到所述电源单元的输入端子和输出端子，并使第一电流路径和第二电流路径交替导通，其中m为整数；以及m个具有两相结构的电机，所述电机包括铁制转子，所述铁制转子具有在具有转轴的圆柱结构体的外周上以等间隔设置的2n个凸部，其中n为整数，所述电机还包括铁制定子，所述铁制定子具有与所述凸部隔着空隙而环状地等间隔设置在所述转子的外周的4n个磁极，并且所述电机还包括在每隔一个磁极而缠绕在所述磁极上的第一线圈以及在没有缠绕所述第一线圈的磁极上缠绕的第二线圈，其中所述第一线圈连接到所述m个触发电路中的对应的触发电路的所述第一电流路径，所述第二线圈连接到所述m个触发电路中的对应的触发电路的第二电流路径，其中m个电机具有公共的转轴，其中各转子上的凸部在所述转轴的旋转方向上的位置是相同的，而各定子中的基准位置在所述转轴的旋转方向上相隔90°/m，其中所述电压控制装置从所述直流电源接收输入电流，并且控制输出电压，以使得输出到所述触发电路的输出电流与负载电动势的极性和大小无关而成为方向固定且大小为所指示的值的直流电流，其中所述m个触发电路在使得所述直流电流从所述输入端子流到所述输出端子的同时，基于相应的所述电机的所述转子的角度位置使所述第一电流路径和第 二电流路径交替导通，以使得具有180°的电气角宽度的矩形波电流交替地在所述第一线圈和第二线圈中流动，并且在驱动所述电机时与制动所述电机时，所述m个触发电路使交替地导通所述第一电流路径和第二电流路径的定时错开所述转子旋转与180°电气角相应的角度的时间，并且其中当驱动所述电机时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的正端子的电流，将所述直流电流输出到所述触发电路，并且输入来自所述触发电路的所述直流电流，输出到所述直流电源的负端子而对所述直流电源进行放电，当对所述电机进行制动时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的负端子的电流，将所述直流电流输出到所述触发电路，并且输入从所述电机经由所述触发电路再生的所述直流电流，输出到所述直流电源的正端子而对所述直流电源进行充电。 
根据这种结构，通过使用电磁石来实现电机，该电机不需要钕磁石。并且，能够使电机的结构比常规磁阻电机更简单，实现尺寸和重量的减小。此外，通过使用简单的控制以基于转子的角度位置使第一和第二电流路径交替导通，从而允许具有电气角180°的宽度的矩形波电流交替流过第一和第二线圈，能够在转子中产生有效的转动力，与提供例如正弦波电流的情况相比实现高转矩效率。另外，在驱动电机和制动电机的时间之内，将使第一和第二电流路径交替导通的定时错开一时间，在该时间内转子旋转了对应于电气角180°的角度，由此当电源单元将直流电流提供至触发电路时，该电源单元能够在驱动电机时被放电，并且能够在制动电机并直到电机停止(即，直到电机的电动势为0)时被再生电力充电，这能够提高能量回收效率。 
此外，m个触发电路允许对应电机的第一线圈和对应电机的第二线圈连接到分别连接到第一电流路径和第二电流路径，使得第一和第二电流路径交替导通，其中m个电机具有公共的转轴，在转轴旋转方向上对应转子的凸部位置是相同的，而在转轴旋转方向上对应定子的基准位置相隔90°/m，由此能够消除转矩零点，减少转矩脉动，以减少第一和第二线圈的相对电抗，减少当电流路径切换到导通时的过电压。 
发明效果 
本发明的再生开关磁阻电机驱动系统在不使用钕磁石的情况下，能够减少尺寸和重量，提高开关磁阻电机的效率，提高再生制动时的能量回收效率。 
附图说明
图1是示出电动车的结构的图。 
图2是示出再生开关磁阻电机驱动系统的结构的图。 
图3是垂直于恒定电流触发型磁阻电机的轴的截面图。 
图4是示出恒定电流触发电路的结构的图。 
图5是用于解释当驱动恒定电流触发型磁阻电机时的转矩产生原理的状态转变图。 
图6是示出图5情况下励磁线圈电动势的时间切换和恒定电流触发型磁阻电机的转矩的时间转变的图。 
图7是用于解释恒定电流触发型磁阻电机的再生制动时的转矩产生原理的状态转变图。 
图8是示出图7情况下励磁线圈电动势的时间转变和恒定电流触发型磁阻电机的转矩的时间转变的图。 
图9是示出直流恒定电流电源单元的结构的图。 
图10是示出直流恒定电流电源单元中的半导体开关操作和操作时它们的输出电压的图表。 
图11是示出车辆驱动状态和直流恒定电流电源单元的操作的图。 
图12是垂直于具有另一结构的恒定电流触发型磁阻电机的轴的截面图。 
图13是示出电机单元的结构的图。 
图14是示出形成电机单元的各恒定电流触发型磁阻电机的配置的图。 
图15是示出在使用图13所示的电机单元的情况下的恒定电流触发电路单元和触发控制电路的结构的图。 
图16是示出直流恒定电流电源单元的另一种结构的图。 
标号的解释 
1直流恒定电流电源单元 
2，2-1，2-2，2-3，2-4恒定电流触发电路 
3，3-1，3-11，3-12，3-13，3-14恒定电流触发型磁阻电机 
4差动齿轮 
5机械制动 
10转子 
11转子铁芯 
12-1，12-2，12-3，12-4转子凸极 
13转轴 
14定子 
15磁轭 
16-1，16-2，16-3，16-4，16-5，16-6，16-7，16-8定子磁极 
17-1，17-2，17-3，17-4，17-5，17-6，17-7，17-8励磁线圈 
17a A相线圈 
17b B相线圈 
20-1，20-2，20-3，20-4，131半导体开关 
21换向电容器 
22-1，22-2，22-3，22-4二极管 
60触发控制电路 
129，139直流电源 
130，140电抗器 
135，145恒定电流电源控制单元 
146充/放电切换设备 
147恒定电流斩波器 
具体实施方式
在再生开关磁阻电机驱动系统中，电源单元在向触发电路提供恒定直流电流的同时，可以在驱动电机时被放电，也能够在制动电机直到电机停止时被再生电力充电，以提高能量效率。 
[实施例1] 
图1示出了应用根据本发明的实施方式的再生开关磁阻电机驱动系统的电动车的结构。参考图1，电动车具有直流恒定电流电源单元1，恒定电流触发电路2，作为再生开关磁阻电机的恒定电流触发型磁阻电机3，差动齿轮4和机械制动5。其中，根据本发明实施方式的再生开关磁阻电机驱动系统主要包括直流恒定电流电源单元1，恒定电流触发电路2和恒定电流触发型磁阻电机3。值得注意的是，尽管图1中仅提供了一个恒定电流触发型磁阻电机1，但是为省略差动齿轮4能够被构造成为每个轮胎设置一个恒定电流触发型磁阻电机1。根据本发明实施方式的再生开关磁阻电机驱动系统中，机械制动5在之后描述的正常驱动中不是必需的，但是其起到了在停止后用于轮胎的锁定和紧急情况下的制动的作用。
直流恒定电流电源单元1操作，以能够在不考虑作为负载的恒定电流触发型磁阻电机3的电动势的极性和幅值的情况下在恒定方向上输出具有恒定幅值的恒定直流电流。值得注意的是，当恒定直流电流的幅值具有恒定值时，该恒定值能够被任意设定。当作为负载的恒定电流触发型磁阻电机3被制动时，即当负载电动势为负时，直流恒定电流电源单元1操作以由负载恢复再生电力。 
恒定电流触发电路2接收作为从前级的直流恒定电流电源单元1的输入的恒定直流电流，并具有允许矩形波电流在之后描述的恒定电流触发型磁阻电机3的两个线圈中交替流动的功能。换句话说，恒定电流触发电路2允许两相矩形电流流动。 
当恒定电流触发型磁阻电机3从前级的恒定电流触发电路2接收两相矩形波电流时，两个相邻的定子磁极与转子的转动同步地交替被磁化。这两个相邻的定子磁极产生吸引力以在转子中产生旋转力。 
在使用开关磁阻电机的常规的电机驱动系统中，三相PWM逆变器使用直流恒定电压电源作为输入，并产生伪正弦波电流或具有120°的电气角的宽度的矩形波电流等并将其提供到开关磁阻电机。在这样的采用开关磁阻电机的常规电机驱动系统中，由于多种关系，例如直流恒定电压电源、大电抗和励磁线圈的励磁极的数目、供给电力等等之间的关系，不可能在需要在励磁极中产生转矩的时刻将设计的最大电流提供到励磁线圈。进一步，在使用开关磁阻电机的常规的电机驱动系统中，励磁线圈中流动的电流在应该为零的时刻不可能成为零，因此造成不必要的抗转矩。另外，当再生电动势产生时没有方法能够从使用开关磁阻电机的常规的电机驱动系统中提取再生电力，使得再生制动不能够实现。 
相对地，在根据本发明实施方式的再生开关磁阻电机驱动系统中，包括半导体开关的恒定电流触发电路2与恒定电流触发型磁阻电机3中的转子旋转同步地将直流恒定电流电源单元1的输出电流交替提供到具有两相结构的励磁线圈，以产生转子中的转矩。这种结构能够在转矩产生的时刻几乎同时地将具有设计的最大值的电流提供到励磁线圈，同时允许在励磁线圈中流动的电流在产生转矩的功能完成的时刻瞬间变 为零，以防止不需要的抗转矩产生。并且，由于直流恒定电流电源单元1的输出电流的方向没有改变，而将给励磁线圈供电的电源的定时错开了180°的相位差，使得负载电动势为负。因此，直到停止都可以进行再生制动，产生高能量回收效率，并且在正常驱动中也不需要机械制动5的操作。 
图2是根据本发明的一个实施方式的再生开关磁阻电机驱动系统的基本结构的框图。图2所示的再生开关磁阻电机驱动系统具有直流恒定电流电源单元1，恒定电流触发电路2和恒定电流触发型磁阻电机3。下文将详细描述根据本发明的实施方式的再生开关磁阻电机驱动系统的结构。 
图3是垂直于图2所示的恒定电流触发型磁阻电机3的轴的截面图。恒定电流触发型磁阻电机3具有2相4极结构。转子10包括转子铁芯11和两个凸极(转子凸极)12-1和12-2。转子铁芯11是由铁制成的圆柱形结构体，并可旋转地支撑在作为轴的主旋转轴13上。两个转子凸极12-1和12-2在转子铁芯11的外周以180°的间隔设置。 
环形定子14环绕如上所述的转子10的外周而设置。定子14包括磁轭15和4个定子磁极16-1，16-2，16-3，16-4。磁轭15呈环形，4个定子磁极16-1，16-2，16-3，16-4在磁轭15的内周上等间隔(这里间隔为90°)设置，与转子凸极12-1和12-2存在空隙。 
励磁线圈17-1缠绕在定子磁极16-1上。类似地，励磁线圈17-2，励磁线圈17-3和励磁线圈17-4分别缠绕在定子磁极16-2，定子磁极16-3和定子磁极16-4上。在这些线圈中，励磁线圈17-1和励磁线圈17-3缠绕并串联在一起，以产生从定子磁极16-1向定子磁极16-3流动的磁通量。串联连接的励磁线圈17-1和17-3在之后被称为A相线圈17a。类似地，励磁线圈17-2和励磁线圈17-4缠绕并串联在一起，以产生从定子磁极16-2向定子磁极16-4流动的磁通量。串联连接的励磁线圈17-2和17-4在之后被称为B线圈17b。值得注意的是，恒定电流触发型磁阻电机3设置成在垂直于图3的纸面的方向上具有合适的厚度。 
图4是示出图2中的恒定电流触发电路2的结构的图。恒定电流触发电路2具有连接到直流恒定电流电源单元1的输入端子19-1和输出端子19-2。电流路径24-1和24-2形成在输入端子19-1和输出端子19-2之间。顺次由输入端子19-1侧连接到电流路径24-1的是：半导体开关20-1，例如IGBT、晶闸管和功率晶体管；具有在输入端子19-1侧的阳极和输出端子19-2侧的阴极的二极管22-1；具有在输入端子19-1侧的阳极和输出端子19-2侧的阴极的二极管22-3；以及恒定电流触发型磁阻电机3的A相线圈17a。
同样顺次由输入端子19-1侧连接到电流路径24-2的是：半导体开关20-2，例如IGBT、晶闸管和功率晶体管；具有在输入端子19-1侧的阳极和输出端子19-2侧的阴极的二极管22-2；具有在输入端子19-1侧的阳极和输出端子19-2侧的阴极的二极管22-4；以及恒定电流触发型磁阻电机3中的B相线圈17b。在二极管22-1的阴极和二极管22-3的阳极之间的点和在二极管22-2的阴极和二极管22-4的阳极之间的点通过换向电容器21连接。 
半导体开关20-1和20-2执行所谓的触发操作，使得当其中一个导通，另一个关断。当半导体开关20-1导通并且半导体开关20-2关断时，来自直流恒定电流电源单元1的恒定直流电流流过电流路径24-1，并提供到A相线圈17a。另一方面，当半导体开关20-2导通并且半导体开关20-1关断时，来自直流恒定电流电源单元1的输出电流流过电流路径24-2，并提供到B相线圈17b。换句话说，当半导体开关20-1和20-2交替导通和关断时，来自直流恒定电流电源单元1的具有与恒定直流电流值I相等的峰值的矩形波电流在A相线圈17a和B相线圈17b中流动。 
当半导体开关20-1和20-2从电流在A相线圈17a中流动的状态转变到电流在B相线圈17b中流动的状态时，或是当半导体开关20-1和20-2从电流在B相线圈17b中流动的状态转变到电流在A相线圈17a中流动的状态时，换向电容器21用于防止过电压的发生。二极管22-1、22-2、22-3和22-4用于辅助对换向电容器21的充电。 
例如励磁线圈17-1的磁能1/2LI2(L：例如励磁线圈17-1的电抗，I：例如励磁线圈17-1的电流)曾被存储成换向电容器21的静电能量1/2CV2(C：换向电容器21的静电容量，V：换向电容器21的充电电压)。这里，当换向电容器21的静电容量被减少时，换向时间缩短而过电压增加。另一方面，当换向电容器21的静电容量增加时，换向时间增加而过电压减少。从这些关系中，换向电容器21的静电容量被确定为具有合适的过电流值和换向时间。 
触发控制电路60用于控制之前所述的半导体开关20-1和20-2的导通/关断切换。触发控制电路60接收指示恒定电流触发型磁阻电机3中转子11的角度位置的输入角度位置信息，并且，基于该角度位置，向半导体开关20-1和20-2输出用于切换 半导体开关20-1和20-2的导通/关断的操作信号。另外，当接收输入制动指令时，触发控制电路60将操作信号的输出定时从驱动时的输出定时错开一时间，在该时间内转子11转动了对应于电气角180°的角度。 
如之前所述，当矩形波电流交替在A相线圈17a和B相线圈17b中流动时，在恒定电流触发型磁阻电机3中产生转矩。图5是用于解释当驱动恒定电流触发型磁阻电机3时的转矩产生原理的状态转变图。在图5中，在图3所示的恒定电流触发型磁阻电机3中的转子11中的转子凸极12-1以及定子14中的定子磁极16-1和16-2、形成A相线圈17a的励磁线圈17-1和形成B相线圈17b的励磁线圈17-2均由线形代替和表示。 
图5(a)示出了一种状态，在该状态下，半导体开关20-1导通，半导体开关20-2关断，矩形波电流在形成A相线圈17a的励磁线圈17-1(斜线部分)中流动以对励磁线圈17-1励磁，从而磁化定子磁极16-1，使得转子凸极12-1被吸引到定子磁极16-1而朝向定子磁极16-1移动，由此转子凸极12-1和定子磁极16-1完全彼此相对。 
当达到图5(a)所示的状态时，触发控制电路60切换半导体开关20-1关断，半导体开关20-2导通。这导致从矩形波电流在形成A相线圈17a的励磁线圈17-1中流动的状态转变到如图5(b)所示矩形波电流在形成B相线圈17b的励磁线圈17-2(斜线部分)中流动的状态(转子凸极12-1的右端在位置P1处)。 
这样，励磁线圈17-2被励磁以磁化定子磁极16-2，使得转子凸极12-1被吸引到定子磁极16-2，在转子凸极12-1中产生旋转力，从而朝向定子磁极16-2移动。在图5(c)所示的状态(转子凸极12-1的右端在位置P2处)中和在图5(d)所示的状态(转子凸极12-1的右端在位置P3处)中，在转子凸极12-1中产生了旋转力。 
如图5(e)所示，当转子凸极12-1和定子磁极16-2在彼此完全相对的状态中时，即当转子凸极12-1从图5(b)所示的状态旋转了对应于电气角180°的角度(机械角度90°)时(转子凸极12-1的右端处于位置P4)，触发控制电路60切换半导体开关20-1导通和半导体开关20-2关断。之后，进行从图5(b)至图5(e)所示的状态转变，假设图5(b)至图5(e)中定子磁极16-1由定子磁极16-2代替，励磁线圈17-1由励磁线圈17-2代替，在转子凸极16-1中产生持续的旋转力。 
图6是示出了在图5(b)的状态到图5(e)的状态期间被励磁的形成B相线 圈17b的励磁线圈17-2的电动势的时间转变(图6(a))，同时也示出了恒定电流触发型磁阻电机3的转矩的时间转变(图6(b))的图。图6中，水平轴上的tP1、tP2、tP3以及tP4代表图5(b)至图5(e)中转子凸极12-1的右端到达位置P1、P2、P3和P4的时间。 
在从图5(b)的状态到图5(c)的状态期间(从时间tP1到时间tP2的时间段内)，恒定直流电流I在励磁线圈17-2中流动。然而，转子凸极12-1并未与具有励磁线圈17-2缠绕其上的定子磁极16-2相对，使得励磁线圈17-2与空气芯线圈的状态相同，实质上没有在定子磁极16-2中产生磁通量。此外，在励磁线圈17-2中产生与直流电阻R和恒定直流电流I的乘积RI相同的压降(电阻压降)。 
另一方面，在从图5(c)的状态到图5(e)的状态期间(从时间tP2到时间tP4的时间段内)，转子凸极12-1与具有励磁线圈17-2缠绕其上的定子磁极16-2交叠，以在定子磁极16-2中产生基本上与交叠面积成比例的磁通量。当转子凸极12-1的右端处于位置P1的时间tP1时在定子磁极16-2中产生的磁通量最小，并在转变到位置P2、P3、P4的期间内逐渐增加。在具有缠绕在定子磁极16-2上的励磁线圈17-2的B相线圈17b中，根据法拉第定律产生电动势E1＝N·dΦ/dt。这里，N是励磁线圈17-2的匝数，Φ是磁通线数，t是时间。 
假设转子凸极12-1的速度在图5所示的水平方向上是恒定的，转子凸极12-1和定子磁极16-2之间的交叠面积与时间成比例增加，使得在B相线圈17b中产生的电动势E1是恒定的。另外，电动势E1的极性方向与恒定直流电流I的方向相反。 
当半导体开关20-2被切换成导通时，在形成B相线圈17b的励磁线圈17-2中产生电动势E1，从而允许恒定直流电流I在励磁线圈17-2中流动，图6(a)所示的负载电动势E1施加到直流恒定电流电源单元1。直流恒定电流电源单元1将功率提供到作为负载的恒定电流触发型磁阻电机3中的励磁线圈17-2，该功率由图6(a)所示的负载电动势E1和恒定直流电流I相乘而获得，由此电能I×E1减去电阻压降RI的电能转换成恒定电流触发型磁阻电机3的旋转能量。 
另外，如图6(b)所示，在从图5(c)的状态到图5(e)的状态期间在恒定电流触发型磁阻电机3中产生转矩。转矩Γ1是与负载电动势E1成比例的恒定值。 
另一方面，形成A相线圈17a的励磁线圈17-1的电动势波形和通过将电力提供到励磁线圈17-1而产生的转矩波形从图6(a)所示的电动势波形和图6(b)所示的转矩波形错开一时间，在该时间内转子11旋转了对应于电气角180°的角度(机械角度90°)。
注意到前文描述了转子凸极12-1，具有励磁线圈17-1缠绕其上的定子磁极16-1，以及具有励磁线圈17-2缠绕其上的定子磁极16-2。这同样适用于在相对侧的转子凸极12-2、具有励磁线圈17-3缠绕其上的定子磁极16-3以及具有励磁线圈17-4缠绕其上的定子磁极16-4。 
图7是用于解释在恒定电流触发型磁阻电机3的再生制动时的转矩产生原理的状态转变图。与图5的状态转变相比，图7的状态转变是将允许恒定直流电流在励磁线圈17-1和17-2中流动的定时被错开了一时间，在该时间内转子11旋转了对应于电气角180°的角度(机械角度90°)。 
图7(a)示出了一种状态，在该状态下，半导体开关20-1关断，半导体开关20-2导通，矩形波电流在形成B相线圈17b的励磁线圈17-2(斜线部分)中流动以对励磁线圈17-2励磁，从而磁化定子磁极16-2，同时在转动中(图7所示是向右移动)转子凸极12-1和定子磁极16-1完全彼此相对。 
当达到图7(a)所示的状态时，触发控制电路60切换半导体开关20-1导通和半导体开关20-2关断。这导致从矩形波电流在形成B相线圈17b的励磁线圈17-2中流动的状态转变到如图7(b)所示的矩形波电流在形成A相线圈17a的励磁线圈17-1(斜线部分)中流动的状态(转子凸极12-1的右端在位置P1处)。 
这样，励磁线圈17-1被励磁以磁化定子磁极16-1，使得力施加到转子凸极12-1，使其被吸引到定子磁极16-1。这种力用作与旋转方向相反的制动力。在图7(c)(转子凸极12-1的右端在位置P2处)所示的状态中和在图7(d)(转子凸极12-1的右端在位置P3处)所示的状态中，在转子凸极12-1中产生了制动力。 
如图7(e)所示，当转子凸极12-1和定子磁极16-2处于彼此完全相对的状态中时，即当转子凸极12-1从图7(b)所示的状态中旋转了对应于电气角180°的角度(机械角度90°)时(转子凸极12-1的右端处于位置P4)，触发控制电路60切换半导体开关20-1关断和半导体开关20-2导通。之后，进行图7(b)至图7(e)所示的状态转变，假设图7(b)至图7(e)中定子磁极16-1由定子磁极16-2代替，励磁线圈17-1由励磁线圈17-2代替，在转子凸极16-1中产生持续的制动力。 
图8是示出了在从图7(b)的状态到图7(e)的状态期间被励磁的形成A相 线圈17a的励磁线圈17-1的电动势的时间转变(图8(a))，同时也示出了恒定电流触发型磁阻电机3的转矩的时间转变(图8(b))的图。在图8中，水平轴上的tP1、tP2、tP3以及tP4代表图7(b)至图7(e)所示转子凸极12-1的右端到达位置P1、P2、P3和P4的时间。 
在具有形成A相线圈17a的励磁线圈17-1缠绕其上的定子磁极16-1中，产生了基本上与转子凸极12-1和定子磁极16-1之间的交叠面积成比例的磁通量。因此，当转子凸极12-1的右端处于位置P1时，在定子磁极16-1中产生的磁通量在时间tP1时最大，并在转变到位置P2、P3、P4的期间逐渐减小。在具有在定子磁极16-1上缠绕的励磁线圈17-1的A相线圈17a中，根据法拉第定律产生电动势E2＝N·dΦ/dt。 
假设转子凸极12-1的速度在水平方向上是恒定的，转子凸极12-1和定子磁极16-1之间的交叠面积与时间成比例地减少，使得在A相线圈17a中产生的电动势E2是恒定的。另外，电动势E2的极性方向与恒定直流电流I的方向相同。 
当半导体开关20-1被切换成导通，在形成A相线圈17a的励磁线圈17-1中产生电动势E2，从而允许恒定直流电流I在励磁线圈17-1中流动，在直流恒定电流电源单元1中再生了电能，该电能由恒定直流电流I与负载电动势E2的绝对值减去电阻压降RI的值相乘而获得。 
另外，如图8(b)所示，在从图7(c)的状态到图7(e)的状态的期间在恒定电流触发型磁阻电机3中产生制动转矩。转矩Γ2是与负载电动势E2成比例的恒定值。 
另一方面，形成B相线圈17b的励磁线圈17-2的电动势和通过将电力提供到励磁线圈17-2产生的制动转矩从图8(a)所示的电动势和图8(b)所示的制动转矩错开一时间，在该时间内转子11旋转了对应于电气角180°的角度(机械角度90°)。 
注意到前文描述了转子凸极12-1，具有励磁线圈17-1缠绕其上的定子磁极16-1，以及具有励磁线圈17-2缠绕其上的定子磁极16-2。这同样适用于在相对侧的转子凸极12-2、具有励磁线圈17-3缠绕其上的定子磁极16-3以及具有励磁线圈17-4缠绕其上的定子磁极16-4。 
图9是示出直流恒定电流电源单元1的结构的图。与仅被控制输出恒定输出电流的电源单元相比，直流恒定电流电源单元1的特征在于其被控制以在不考虑负载电动势的极性和幅值的情况下在恒定方向上输出恒定电流(恒定直流电流)，并具有接 收由作为负载的恒定电流触发型磁阻电机3再生的电力的功能。 
直流恒定电流电源单元1主要包括一个不对称的PWM(脉冲宽度调制)桥(不对称PWM桥)。不对称PWM桥中的半导体开关131可以可选地从IGBT、晶闸管、功率晶体管等等中选择。不对称PWM桥具有对应于所谓交流端子的部分，其连接到直流电源129，同时不对称PWM桥还具有连接到恒定电流触发电路2的输入端子19-1的所谓的直流端子X，连接到输出端子19-2的直流端子Y(参见图4)。 
在直流恒定电流电源单元1中，形成不对称PWM桥的半导体开关131(S1、S2、S3、S4)响应于预设的载波频率信号来进行导通/关断操作，其中导通时间能够被控制。一对半导体开关131(S1、S4)和一对半导体开关131(S2、S3)并不是像在普通桥内那样对称地操作，而是被设计为对应于负载电动势的正极性或反极性而整体地非对称地操作每对。更具体地，当半导体开关131(S1、S4)对操作时，在直流端子X、Y之间输出具有正平均值的电压，该电压的值由半导体开关131(S1、S4)的导通时间长度控制。另外，当半导体开关131(S2、S3)对操作时，在直流端子X、Y之间输出具有负平均值的电压，该电压的值由半导体开关131(S2、S3)的导通时间长度控制。 
半导体开关131(S5)与不对称PWM桥的输出并联连接，形成连接电抗器130和后级恒定电流触发电路2的循环电路。半导体开关131(S5)操作为在半导体开关131(S1、S4)对的关断期间和半导体开关131(S2、S3)对的关断期间被导通。这使得即使在半导体开关131(S1、S4)对的关断期间和半导体开关131(S2、S3)对的关断期间，恒定直流电流也能不中断地提供到恒定电流触发电路2。 
设置在直流恒定电流电源单元1中的恒定电流电源控制单元135用于控制上述的半导体开关(S1、S2、S3、S4、S5)。恒定电流电源控制单元135接收输出电流、负载电动势等的控制信号，输出操作信号以驱动半导体开关131(从S1到S5)，使得直流恒定电流电源单元1的输出电流，即输出到恒定电流触发电路2的电流，处于恒定的方向上并是恒定电流(恒定直流电流)，其具有由电流设定指令设定的幅值，而不考虑负载电动势的极性和幅值。 
图10是示出了半导体开关131(S 1至S5)的操作以及半导体开关在四种情况下操作时的输出电压的图表，其中所述四种情况是正极性的高和低幅值，负极性的高和低幅值。当负载电动势为正且高时，选择半导体开关131(S1、S4)对，导通时间 增加。这样，具有高的正平均值的电压在直流端子X、Y之间输出。当负载电动势为正且低时，选择半导体开关131(S1、S4)对，导通时间减少。这样，具有低的正平均值的电压在直流端子X、Y之间输出。另一方面，当负载电动势为负且其绝对值为高时，选择半导体开关131(S2、S3)对，导通时间增加。这样，具有负的高平均绝对值的电压在直流端子X、Y之间输出。当负载电动势为负且其绝对值低时，选择半导体开关131(S2、S3)对，导通时间减少。这样，具有负的且绝对值为低的平均值的电压在直流端子X、Y之间输出。 
图11示出了直流恒定电流电源单元1的操作，其对应于恒定电流触发型磁阻电机3的一系列操作(启动加速、恒速旋转、再生制动和停止)。当操作如图11(a)所示的恒定电流触发型磁阻电机3时，与如图11(b)所示以恒速旋转时相比，当驱动和制动恒定电流触发型磁阻电机3时直流恒定电流电源单元1需要将更高的电流提供到恒定电流触发电路2。 
直流恒定电流电源单元1的负载电动势从直流端子X看，在驱动模式时为正，在制动模式时为负，并具有基本上与恒定电流触发型磁阻电机3的转子的转速成比例的幅值。如图11(c)中虚线所示，直流恒定电流电源单元1输出正或负的负载电动势和由于负载电路的电阻产生的压降(电阻压降)的电压和，使得能够将恒定直流电流提供到恒定电流触发电路2。这使得当对恒定电流触发型磁阻电机3制动时能够进行再生制动直到停止，从而不需要使用机械制动。 
恒定电流触发型磁阻电机3在负载侧的负载电动势在制动模式下是负的。在这种情况下，直流恒定电流电源单元1允许半导体开关131(S2、S3)对操作，使得输出电压为负，并允许再生电流从负载侧流过直流电源129的正端子。这种现象的行为像是对电池充电。直流电源129具有充电功能以对再生电力充电。另一方面，如果直流电源129比如是燃料电池并且不具有充电功能，则有必要与直流电源129并联地连接超级电容器，以恢复能量。此外，即使直流电源129具有像锂离子电池的充电功能，但是对于当再生电力在几十秒内突然变化时不能进行合适的充电的情况，与直流电源129并联地连接超级电容器也是需要的。 
因此，在恒定电流类型的再生开关磁阻电机驱动系统中，恒定电流触发电路2执行所谓的触发操作，使得当半导体开关20-1和20-2中的一个导通时，另一个关断，由此来自直流恒定电流电源单元1的恒定直流电流交替地提供到恒定电流触发型磁阻电机3中的A相线圈17a和B相线圈17b，从而允许矩形波电流在其中流动。此外，通过定子磁极16-1至16-4的吸引力而在转子11中产生的转矩理论上最大，制动时切换半导体开关20-1和20-2的定时从驱动时的输出定时错开一时间，在该时间内转子11转动对应于电气角180°的角度，从而实现高效的电力再生。 
注意到在上述的实施方式中，恒定电流触发型磁阻电机3具有两相四极结构，其中转子11具有两个转子凸极12-1和12-2，而定子41具有四个定子磁极16-1、16-2、16-3和16-4。然而，磁阻电机3也可以具有2相n极结构，其中转子具有n个转子凸极(n为整数)，而定子具有2n个定子磁极。 
图12是垂直于两相八极恒定电流触发型磁阻电机的轴的截面图。在图12所示的恒定电流触发型磁阻电极3-1中，转子10包括转子铁芯11和四个转子凸极12-1、12-2、12-3和12-4。四个转子凸极12-1至12-4在转子铁芯11的外周被等间隔设置(这里间隔为90°)。 
环绕上述转子10的外周设置的环形定子14包括磁轭15和八个定子磁极16-1、16-2、16-3、16-4、16-5、16-6、16-7和16-8。八个定子磁极16-1至16-8在磁轭15的内周等间隔设置(这里间隔是45°)，与转子凸极12-1至12-4之间存在空隙。 
励磁线圈17-1至17-8被缠绕使得励磁线圈17-1、励磁线圈17-2、励磁线圈17-3、励磁线圈17-4、励磁线圈17-5、励磁线圈17-6、励磁线圈17-7以及励磁线圈17-8被分别缠绕在定子磁极16-1、定子磁极16-2、定子磁极16-3、定子磁极16-4、定子磁极16-5、定子磁极16-6、定子磁极16-7以及定子磁极16-8上。其中，励磁线圈17-1、17-3、17-5、17-7被缠绕并串联连接，形成A相线圈，以使磁通量从定子磁极16-1流向定子磁极16-3，并使磁通量从定子磁极16-5流向定子磁极16-7。类似地，励磁线圈17-2、17-4、17-6、17-8被缠绕并串联连接，形成B相线圈，以使磁通量从定子磁极16-2流向定子磁极16-4，并使磁通量从定子磁极16-6流向定子磁极16-8。 
当两相八极恒定电流触发型磁阻电机3-1被使用时，能够减少在磁轭15中的电磁路径的截面面积，使得其尺寸和重量减小，并且将转矩的脉动频率改变到更高的范围。 
还可以使用具有多个连接的恒定电流触发型磁阻电机的电机单元。图13是电机单元的外观立体图，图14是用于解释形成电机单元的各恒定电流触发型磁阻电机的配置的图。 
如图13所示，电机单元包括恒定电流触发型磁阻电机3-11、3-12、3-13和3-14。这些恒定电流触发型磁阻电机3-11、3-12、3-13和3-14分别具有与图3所示的恒定电流触发型磁阻电机3相同的结构。 
恒定电流触发型磁阻电机3-11、3-12、3-13和3-14具有公共的转轴13，其中各转子11上的转子凸极12-1和12-2在转轴13旋转方向上的位置相同。另外，恒定电流触发型磁阻电机3-11、3-12、3-13和3-14被连接为使得各定子14中确定的基准位置在转轴13的旋转方向上间隔22.5°。更具体地，图14(b)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-12中定子14的基准位置A的位置是从图14(a)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-11中定子14的基准位置A的位置在转轴13的旋转方向(这里向右旋转)上旋转了角度22.5°的位置。此外，图14(c)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-13中定子14的基准位置A的位置是从图14(b)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-12中定子14的基准位置A的位置在转轴13的旋转方向上旋转了角度22.5°的位置(也是从图14(a)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-11中定子14的基准位置A的位置在转轴13的旋转方向上旋转了角度45°的位置)。图14(d)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-14中定子14的基准位置A的位置是从图14(c)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-13中定子14的基准位置A的位置在转轴13的旋转方向上旋转了角度22.5°的位置(也是从图14(a)所示的恒定电流触发型磁阻电机3-11中定子14的基准位置A的位置在转轴13的旋转方向上旋转了角度67.5°的位置)。 
图15是示出了使用图13和14所示的电机单元的情况下的恒定电流触发电路单元的结构的图。恒定电流触发电路单元具有输入端子19-1和连接到直流恒定电流电源单元1的输出端子19-2，而恒定电流触发电路2-1、2-2、2-3和2-4在输入端子19-1和输出端子19-2之间串联连接。恒定电流触发电路2-1、2-2、2-3和2-4分别具有如图4所示的恒定电流触发电路2相同的结构。 
恒定电流触发型磁阻电机3-11中的A相线圈17a连接到电流路径24-1，恒定电流触发型磁阻电机3-11中的B相线圈17b连接到恒定电流触发电路2-1的电流路径24-2。恒定电流触发型磁阻电机3-12中的A相线圈17a连接到电流路径24-1，恒定电流触发型磁阻电机3-12中的B相线圈17b连接到恒定电流触发电路2-2的电流路径24-2。类似地，恒定电流触发型磁阻电机3-13中的A相线圈17a连接到电流路径24-1，恒定电流触发型磁阻电机3-13中的B相线圈17b连接到恒定电流触发电路2-3 的电流路径24-2。恒定电流触发型磁阻电机3-14中的A相线圈17a连接到电流路径24-1，恒定电流触发型磁阻电机3-14中的B相线圈17b连接到恒定电流触发电路2-4的电流路径24-2。 
恒定电流触发控制电路61与图4B所示的恒定电流触发电路60的控制类似地控制各恒定电流触发电路2-1至2-4。更具体地，恒定电流触发控制电路61接收指示恒定电流触发型磁阻电机3-11中转子11的角度位置的输入角度位置信息，并基于该角度位置，向半导体开关20-1和20-2输出用于切换恒定电流触发电路2-1中半导体开关20-1和20-2的导通和关断的操作信号。此外，恒定电流触发控制电路61接收指示恒定电流触发型磁阻电机3-12中转子11的角度位置的输入角度位置信息，并基于该角度位置，向半导体开关20-1和20-2输出用于切换恒定电流触发电路2-2中半导体开关20-1和20-2的导通和关断的操作信号。类似地，恒定电流触发控制电路61接收指示恒定电流触发型磁阻电机3-13中转子11的角度位置的输入角度位置信息，并基于该角度位置，向半导体开关20-1和20-2输出用于切换恒定电流触发电路2-3中半导体开关20-1和20-2的导通和关断的操作信号。同样类似地，恒定电流触发控制电路61接收指示恒定电流触发型磁阻电机3-14中转子11的角度位置的输入角度位置信息，并基于该角度位置，向半导体开关20-1和20-2输出用于切换恒定电流触发电路2-4中半导体开关20-1和20-2的导通和关断的操作信号。此外，当接收输入制动指令时，触发控制电路61将操作信号的输出定时从驱动时的输出定时错开一时间，在该时间内转子11旋转了对应于电气角180°的角度。 
因此，通过分别允许矩形波电流交替地在恒定电流触发型磁阻电机3-11至3-14中的A相线圈17a和B相线圈17b中流动，在恒定电流触发型磁阻电机3中产生转矩。转矩产生的原理与图5至8所解释的原理相同。 
通过允许恒定电流触发型磁阻电机3-11、3-12、3-13和3-14具有公共的转轴13，其中相应转子11上的转子凸极12-1和12-2在转轴13的旋转方向上的位置相同，并通过允许在相应定子14中确定的基准位置在转轴13的旋转方向上间隔22.5°，并进一步通过允许恒定电流触发电路单元中的恒定电流触发电路2-1、2-2、2-3和2-4分别执行上述半导体开关20-1和20-2的切换，能够在切换电流路径为导通时消除转矩零点，减少转矩脉动，并减少励磁线圈的相对电抗，减少过电压。 
除了图9以外的其它多种结构都可以被考虑作为直流恒定电流电源单元1的结构。图16是示出了直流恒定电流电源单元1的另一个结构的图。图16所示的直流恒定电流电源单元1具有直流电源139，电抗器140，充电/放电开关设备146和恒定电流斩波器147。这些元件中，充电/放电开关设备146包括4个半导体开关141(S11、S12、S13和S14)。恒定电流斩波器147包括两个半导体开关141(S15和S16)。半导体开关141(S11至S14)以与图9所示的半导体开关131(S1至S4)相同的方式工作，半导体开关141(S16)以与图9所示的半导体开关131(S5)相同的方式工作。另一方面，设置在直流恒定电流控制单元1中的恒定电流电源控制单元145通过操作信号控制上述的半导体开关141(S11至S16)。
充电/放电开关设备146从恒定电流电源控制单元145接收操作信号，来导通两个半导体开关141(S11、S14)的对或两个半导体开关141(S12、S13)的对中的任意一对，由此切换直流电源139的极性。 
恒定电流斩波器147中的半导体开关141(S15)从恒定电流电源控制单元145接收操作信号，以执行高速导通/关断切换。导通时间长度被控制以输出预定的恒定直流电流。 
恒定电流斩波器147中的半导体开关141(S16)从恒定电流电源控制单元145接收操作信号，以在半导体开关141(S15)的关断期间被导通，并且形成连接电抗器140和后级恒定电流触发电路2的循环电路。 
工业适用性 
如前文所述，根据本发明的再生开关磁阻电机驱动系统能够提高能量回收效率，并且作为再生开关磁阻电机驱动系统非常有用。 

Claims (2)

1.一种再生开关磁阻电机驱动系统，该再生开关磁阻电机驱动系统包括：
电源单元，其包括直流电源和连接到所述直流电源的电压控制装置；
触发电路，其具有连接到所述电源单元的输入端子和输出端子，所述触发电路使第一电流路径和第二电流路径交替导通；以及
具有两相结构的电机，该电机包括铁制转子，所述铁制转子具有在具有转轴的圆柱结构体的外周上以等间隔设置的2n个凸部，其中n为整数，所述电机还包括铁制定子，所述铁制定子具有与所述凸部隔着空隙而环状地等间隔设置在所述转子的外周的4n个磁极，并且所述电机还包括每隔一个磁极而缠绕在所述磁极上的第一线圈以及在没有缠绕所述第一线圈的磁极上缠绕的第二线圈，其中所述第一线圈连接到所述第一电流路径，所述第二线圈连接到所述第二电流路径，
其中所述电压控制装置从所述直流电源接收输入电流，并且控制输出电压，以使得输出到所述触发电路的输出电流与负载电动势的极性和大小无关而成为方向固定且大小为所指示的值的直流电流，并且
其中所述触发电路在使得直流电流从所述输入端子流到所述输出端子的同时，基于所述转子的角度位置使所述第一电流路径和第二电流路径交替地导通，以使得具有180°的电气角宽度的矩形波电流交替地在所述第一线圈和第二线圈中流动，并且在驱动所述电机时与制动所述电机时，所述触发电路使交替地导通所述第一电流路径和第二电流路径的定时错开所述转子旋转与180°电气角相应的角度的时间，并且
其中当驱动所述电机时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的正端子的电流，将所述直流电流输出到所述触发电路，并且输入来自所述触发电路的所述直流电流，输出到所述直流电源的负端子而对所述直流电源进行放电，当对所述电机进行制动时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的负端子的电流，并将直流电流输出到所述触发电路，并且输入从所述电机经由所述触发电路再生的所述直流电流，输出到所述直流电源的正端子而对所述直流电源进行充电。
2.一种再生开关磁阻电机驱动系统，该再生开关磁阻电机驱动系统包括：
电源单元，其包括直流电源和连接到所述直流电源的电压控制装置；
m个触发电路，其具有连接到所述电源单元的输入端子和输出端子，并使第一电流路径和第二电流路径交替导通，其中m为整数；以及
m个具有两相结构的电机，所述电机包括铁制转子，所述铁制转子具有在具有转轴的圆柱结构体的外周上以等间隔设置的2n个凸部，其中n为整数，所述电机还包括铁制定子，所述铁制定子具有与所述凸部隔着空隙而环状地等间隔设置在所述转子的外周的4n个磁极，并且所述电机还包括在每隔一个磁极而缠绕在所述磁极上的第一线圈以及在没有缠绕所述第一线圈的磁极上缠绕的第二线圈，其中所述第一线圈连接到所述m个触发电路中的对应的触发电路的所述第一电流路径，所述第二线圈连接到所述m个触发电路中的对应的触发电路的第二电流路径，
其中m个电机具有公共的转轴，其中各转子上的凸部在所述转轴的旋转方向上的位置是相同的，而各定子中的基准位置在所述转轴的旋转方向上相隔90°/m，
其中所述电压控制装置从所述直流电源接收输入电流，并且控制输出电压，以使得输出到所述触发电路的输出电流与负载电动势的极性和大小无关而成为方向固定且大小为所指示的值的直流电流，
其中所述m个触发电路在使得所述直流电流从所述输入端子流到所述输出端子的同时，基于相应的所述电机的所述转子的角度位置使所述第一电流路径和第二电流路径交替导通，以使得具有180°的电气角宽度的矩形波电流交替地在所述第一线圈和第二线圈中流动，并且在驱动所述电机时与制动所述电机时，所述m个触发电路使交替地导通所述第一电流路径和第二电流路径的定时错开所述转子旋转与180°电气角相应的角度的时间，并且
其中当驱动所述电机时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的正端子的电流，将所述直流电流输出到所述触发电路，并且输入来自所述触发电路的所述直流电流，输出到所述直流电源的负端子而对所述直流电源进行放电，当对所述电机进行制动时，所述电压控制装置输入来自所述直流电源的负端子的电流，将所述直流电流输出到所述触发电路，并且输入从所述电机经由所述触发电路再生的所述直流电流，输出到所述直流电源的正端子而对所述直流电源进行充电。
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