JP3661360B2 - Power generator - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家庭用や産業用に使用されるモータやリニアモータ等の動力発生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来使用している動力発生装置について、図5に基づいて説明する。第1の物体1は、永久磁石6・永久磁石7と磁気回路を構成する珪素鋼板を使用したヨーク8で構成した固定子と、直流電源3と、直流電源3に接続しているカーボン製のブラシ4・ブラシ5を有している。第1の物体1によって駆動される回転子として作用する第2の物体2は、3個の整流子9・10・11と、第1の物体1を構成するヨーク8と共に磁気回路を構成する鋼板上に巻き回しているコイル12・13・14と、動力を外部に取り出す軸15とを備えている。前記コイル12は整流子9と整流子10との間に、コイル13は整流子10と整流子11との間に、コイル14は整流子11と整流子9との間に接続している。
【0003】
以上の構成で、直流電源3の電圧をブラシ4・ブラシ5に印加するとコイル12〜14には電流が流れる。つまり、永久磁石6・7とヨーク8と、回転子に使用している鋼板によって構成している磁気回路中に電流が流れることによって、コイル12〜14は磁気回路が発生している磁界と鎖交するものである。この結果、コイル12〜14は磁気回路によってトルクを受け、第2の物体2は回転を開始する。第2の物体2が回転して、ブラシ5がは整流子11と接触すると、コイル13に流れる電流の方向は逆方向となる。この時点では、第1の物体1と第2の物体2との角度の関係が進んでいるため、コイル12〜14が発生するトルクの方向は、引き続き時計方向となっている。また、第2の物体2の回転が更に進むと、整流子11によってコイル13が短絡される。この短絡期間は、コイル12〜14はトルクを発生しないが、第2の物体2は慣性によって回転を継続する。
【0004】
以上の動作を繰り返すことによって、第2の物体2は回転を継続する。こうして使用者は、軸15から連続的に動力を取り出すことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構成の動力発生装置は、ブラシが磨耗したり、ブラシと整流子との間で火花が発生するという課題を有している。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給するヨークとを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生するものであり、ブラシを使用しない構成として、長寿命安全な動力発生装置としているものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給するヨークとを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生するものであり、第2の物体がブラシと整流子を使用しない構成で駆動される動力発生装置としている。
【0008】
請求項2に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給する永久磁石を備えたヨークと、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも 1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、前記第2のコイルは永久磁石と磁気的に結合し第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生するものであり、第2の物体が永久磁石と磁気的に結合する第2のコイルの電流によって駆動されるようにして、励磁のためのエネルギーを必要としない高効率の動力発生装置としている。
【0009】
請求項3に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給するヨークと、ヨーク上に巻き回した励磁コイルと、励磁コイルに電流を供給する電源とを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、前記第2のコイルは励磁コイルと磁気的に結合し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生するものであり、第2のコイルをヨーク上に巻き回した励磁コイルに結合させ、励磁コイルに供給する電流を加減して、広範囲の速度制御が可能な高性能の動力発生装置としている。
【0010】
請求項4に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給する強磁性体によって構成したヨークとを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生するものであり、第2の物体が強磁性体によって構成したヨークからリラクタンス力を受ける第2のコイルによって駆動されるようにして、構成が非常に簡単な動力発生装置としている。
【0011】
請求項5に記載した発明は、請求項1〜4に記載の動力発生装置において、インバータ回路は、直流電源と、スイッチング素子と、共振コンデンサを有し、第1のコイルとスイッチング素子とを直列に接続し、この直列体の両端を直流電源の出力端子間に接続し、共振コンデンサはスイッチング素子と第1のコイルとの接続点と直流電源の一端子の間に接続したものであり、スイッチング素子のターンオフ時のスイッチング損失を低減し、またノイズの発生を低く抑えることができる動力発生装置としている。
【0012】
請求項6に記載した発明は、請求項1〜4に記載の動力発生装置において、インバータ回路は、直流電源と、第1のスイッチング素子と第1のスイッチング素子に直列に接続した第2のスイッチング素子と、共振コンデンサを有し、前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子の直列体の両端を直流電源の出力端子間に接続し、共振コンデンサは第1のコイルと直列に接続し、この直列体を、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との接続点と直流電源の一端子の間に接続したものであり、効率の高い動力発生装置としている。
【0013】
【実施例】
(実施例1)
以下本発明の第1の実施例について説明する。図1は本実施例の構成を示す回路図である。本実施例の動力発生装置は回転運動により動力を負荷に供給する形のモータを示しており、ステータとして作用する第1の物体21と、ロータとして作用する第2の物体22から成っている。第1の物体21は、第2の物体22に磁界を供給するヨーク39と、ヨーク39の端面に設けている永久磁石38・39と、フェライトコア23上に巻き回した第1のコイル24と、第1のコイル24に高周波電流を供給するインバータ回路50とを有している。第2の物体22は、珪素鋼板等を積層して構成したコアに巻回した第2のコイル34・35・36と、第2のコイル34・35・36に電流を供給する結合コイル28・29・30とを有している。結合コイル28・29・30は、フェライトコア25・26・27の表面に巻き回した構成となっており、前記第1のコイル24と順次結合する。結合コイル28には、ダイオード51・52によって構成した整流回路32を接続しており、整流回路32の出力を前記第2のコイル35に供給するようになっている。同様に、結合コイル29には、ダイオード53・54によって構成した整流回路31を接続しており、整流回路31の出力を前記第2のコイル34に供給している。結合コイル30には、ダイオード55・56によって構成した整流回路33を接続しており、整流回路33の出力を第2のコイル36に供給している。本実施例においては整流回路31はダイオード51・52によって、整流回路32はダイオード53・54によって、整流回路33はダイオード55・56によって構成している。
【0014】
前記フェライトコア23・25・26・27は同一平面上に配置しており、第2のコイル34・35・36および永久磁石37・38は、前記平面から軸方向に50ミリメートル隔てた平面設けている。
【0015】
インバータ回路50は、100ボルトの直流電圧を出力する直流電源40と、耐圧900ボルトのIGBT41とダイオード42を並列接続して構成したスイッチング素子43と、共振コンデンサ44を有している。本実施例においては、直流電源40は、電圧源48と、その出力に接続した平滑コンデンサ45と、チョークコイル46によって構成したフィルタ回路47を備えている。前記第1のコイル24はスイッチング素子43と直列に接続しており、この直列体の両端に、直流電源40が電源を供給している。また共振コンデンサ44は、スイッチング素子43と第1のコイル24との接続点と直流電源のプラス端子の間に接続している。またスイッチング素子43を駆動する駆動回路49は、IGBT41のゲート端子に接続している。
【0016】
以下本実施例の動作について説明する。図示していないスイッチをオンすると、インバータ回路50が動作を開始して、25キロヘルツの高周波電流を第1のコイル24に供給する。
【0017】
インバータ回路50は、図2に示しているように動作する。図2(ア)は直流電源40の出力電圧Vdcとスイッチング素子43のコレクタ・エミッタ間電圧Vceの関係を、(イ)はスイッチング素子43に流れる電流Icを、(ウ)は第1のコイル24の両端子間に発生する電圧Vと電流Iの関係を示している。なお、この波形は駆動回路49が25キロヘルツでオンオフ信号を発生している場合を示している。
【0018】
オン期間Tonにおいては、直流電源40が供給する電流は、第1のコイル24とスイッチング素子43を流れ、第1のコイル24の端子間にはほぼ直流の電圧が印加され、スイッチング素子43に流れる電流Icはほぼ直線的に増加していく。
【0019】
スイッチング素子43が駆動回路49によってオフされるToffの期間では、スイッチング素子43がオフされた瞬間に、第1のコイル24に流れていた電流は共振コンデンサ44に流れ始め、第1のコイル24との間で共振を開始する。このため、スイッチング素子43のコレクタ・エミッタ間の電圧Vceは(ア)に示しているような共振波形となるものである。
【0020】
この共振動作が約半周期続いた後に、V=Vdc、すなわち第1のコイル24の電圧が再び直流電源40の電圧と等しくなる。この瞬間に、共振コンデンサ44の電流が0となって、代わってダイオード42が導通状態となる。つまり、スイッチング素子43の電圧Vceはほぼ0の状態となり、ダイオード42がオンとなるため、スイッチング素子43が導通状態となるものである。
【0021】
このとき、駆動回路49は、ダイオード42に電流が流れている状態において、IGBT41のゲート・エミッタ間電圧をハイに立ち上げている。このため、スイッチング素子43は、準E級と称されているスイッチング動作を行うものである。
【0022】
以上のような動作を繰り返すことにより、本実施例のインバータ回路50は25キロヘルツの高周波電流を第1のコイル24に供給しているものである。第1のコイル24に高周波電流が供給されると、例えば結合コイル28に誘導起電力が発生する。この誘導起電力によって結合コイル28に流れる高周波電流は、整流回路31によって整流され、その出力が第2のコイル34に供給される。本実施例では、整流回路31はダイオード50・51によって構成しており、これはフォワード形のスイッチング電源装置等の2次側整流回路と同様の回路構成となっているものである。このため、結合コイル28の端子電圧Vが正の場合にはダイオード50がオンし、端子電圧Vが負の場合にはダイオード51がオンして、第2のコイル34のインダクタンスが蓄えたエネルギーによって、連続して電流が流れるものとなる。このとき永久磁石38・39が発生する磁束は、第2の物体を構成するコアと永久磁石38・39を端面に備えているヨーク39とが構成する磁界中を流れている。従って、第2のコイル34に流れる電流は、永久磁石38・39が発生する磁束と鎖交するものである。このため、第2のコイル34はBILトルクを発生し、第2の物体22全体が時計方向に回転を開始する。
【0023】
第2の物体22の回転角度が約60度に達すると、第1のコイル24と結合コイル28との結合は離れ、結合コイル30が第1のコイル24と結合する。こうして結合コイル30を流れる電流が、同様に第2のコイル35を流れて、第2のコイル35がBILトルクを発生する。こうして、第2の物体22は更に60度回転し、次いで結合コイル29が第1のコイル24と結合する。このように、第1のコイル24が順次結合コイル28・29・30と結合することによって、第2の物体22が回転を継続する。
【0024】
本実施例では、第2の物体2は、最大で毎分3600回転(毎秒60回転)で回転するものであり、この回転は、軸56を利用して外部に取り出すことができる。
【0025】
以上のように、本実施例によれば、第1のコイル24と磁気的に結合する結合コイル28〜30の電流を整流回路31〜33を介して第2のコイル34〜36に供給して、第2のコイル34〜36が受けるトルクを利用して第2の物体22が整流子やブラシを必要としない、長寿命化した、また安全な動力発生装置を実現しているものである。
【0026】
またこのとき、本実施例では、第2の物体22が永久磁石37・38と磁気的に結合する第2のコイル34〜36の電流によって駆動されるようにして、励磁のためのエネルギーを必要としない高効率の動力発生装置を実現しているものである。
【0027】
また、本実施例においては、フェライトコア23・25・26・27を使用している。このため、インバータ回路50の効率を高めることができる。すなわち、フェライトコア23・25・26・27を使用しているため、高周波電流に対する鉄損が小さいものである。また、フェライトコア23・25・26・27の形状を工夫することによって、第2の物体22の回転が進行したときに、第2のコイル24と結合コイル34〜36の結合度合いを最適に加減することもできる。
【0028】
また本実施例で使用しているインバータ回路50は、直流電源40と、スイッチング素子43と、共振コンデンサ44を有し、第1のコイル24とスイッチング素子43とを直列に接続し、この直列体の両端を直流電源40の出力端子間に接続し、共振コンデンサ44はスイッチング素子43と第1のコイル24との接続点と直流電源40の一端子の間に接続した構成としているものである。このため、共振コンデンサ44がスイッチング素子43のターンオフ時に、急激な電圧の立ち上がりを防止しているため、ノイズの発生を防止し、スイッチング素子43のターンオフ損失を小さく抑えることができ、またIGBT41のラッチアップ耐量の必要量が低減できる。また、ダイオード42についても、急激なターンオフ時の逆電圧の印加が発生しないことから、逆回復時間がかかるものを使用することも可能となり、スイッチング素子43を低価格のもので済ませることができ、装置を低価格とすることも可能となる。
【0029】
なおまた、本実施例においては駆動回路49は、集積回路AN6715およびAN6728を用いており、少ない部品点数で、低コストの構成としている。ただし、駆動回路49として、トランジスタやダイオードや抵抗・コンデンサなどのディスクリート部品を使用することもできる。
【0030】
また本実施例で使用している第1のコイル24と、結合コイル27〜29とは、フェライトコア23とフェライトコア25〜27上に巻き回した構成としている。つまり、フェライトコア23とフェライトコア25・26・27との間の空隙の大きさの調整が簡単にできるものである。このため、第1のコイル24のインダクタンスの値を容易に適切なものに調整でき、Vceで示しているスイッチング素子43のスイッチング波形を図2(ア)に示しているように、0まで低下できるものである。このため、いわゆる短絡動作モードの発生が無く、IGBT41のターンオンの損失を小さくでき、また高周波のラインノイズや輻射ノイズを発生を抑えることができる。
【0031】
つまり、第1のコイル24のインダクタンスの値が小さい場合には、前記Vceの波形が図2(ア)に破線で示しているように0まで達しないものとなる。このため、IGBT41がターンオフしてから、第1のコイル24の両端の電圧が、再び直流電源40の出力電圧まで達することなく、第1のコイル24の両端に発生する共振電圧波形が減衰して、ダイオード42が導通しないままで共振が終了するものである。この結果IGBT41の両端の電圧Vceがある値を有している内にターンオンするため、IGBT41のターンオンの瞬間に、直流電源40を通じて共振コンデンサ44を短絡する、短絡動作モードが発生する。このため、IGBT41のターンオンの損失が増大し、また高周波のラインノイズや輻射ノイズを発生が大きくなるものである。
【0032】
ただし、オン時間をある程度以下に設定した場合などには、共振動作が不十分となり、ダイオード42に電流が流れないモードも存在し、この状態で運転することが許されないというものでない。この場合は、当然IGBT41のターンオン損失は大きくなる。しかし、例えば動力発生装置の起動時に突入電流を防止する目的で、起動時のオン期間を小に設定しておいて、起動後に徐々に拡大していく制御を行う場合などには有効である。
【0033】
また本実施例においては、インバータ25の動作周波数を25キロヘルツという高周波に設定している。このため、スイッチング素子43のスイッチング損失を抑えることができ、また耳障りな騒音の発生が無く、また第1のコイル24と結合コイル28〜30の間に発生するBILトルクを小さく抑えて、第2のコイル34〜36に発生するBILトルクを有効に利用できるものである。このインバータ回路50の動作周波数は、例えば100キロヘルツや1メガヘルツのようなさらに高周波の設定としても支障はない。この場合には、第1のコイル24、結合コイル28〜30・フェライトコア23・25・26・27の小形化を図ることができる。
【0034】
なお本実施例のインバータ回路50を構成する共振コンデンサ44は、一端を直流電源40のプラス側に接続し、第1のコイル24と並列になるようにしたが、マイナス端子側に接続してスイッチング素子43のコレクタ・エミッタ間に並列となるようにしても同様に動作するものである。また、スイッチング素子43と第1のコイル24についても、プラス側にスイッチング素子43を配置する構成を取ることも可能である。もちろん、スイッチング素子43に関しては、IGBTの他にバイポーラ形、MOSFET、GTO等を使用することもできる。
【0035】
また第2の物体22に設けている整流回路31〜33は、本実施例ではダイオードを2個使用したもので構成しているが、この構成についても全波整流ブリッジや、単に1石のダイオードを結合コイルに直列に接続した構成としてもよく、また極性についても、スイッチング素子43のオンオフに対して、フォワードでもフライバックであってもよい。
【0036】
また本実施例では、駆動回路49が発生するオン信号の期間を可変としている。このため、結合コイル28・29・30に発生する誘導起電力の大きさを加減することができ、これによって第2のコイル34・35・36に流れる電流の大きさを加減できるものである。つまり、速度制御・トルク制御・位置決め制御等が、直流モータのように簡単に実現できるものである。
【0037】
なおまた速度制御を精度良く実行するために、本実施例の構成に、例えばスイッチング素子43の両端に発生する電圧や、スイッチング素子に流れる電流、あるいは直流電源40が供給する電流等を検知する検知回路を付加することも、速度を検知する速度センサを付加することも可能である。つまり、第2の物体22回転に伴って結合コイル28〜30と第1のコイル24との結合の状態が周期的に異なるものであり、この変動周期から回転速度を検知できるものである。
【0038】
(実施例2)
続いて本発明の第2の実施例について説明する。図3は本実施例の構成を示す回路図である。本実施例では、第1の物体71の構成が前記実施例1と異なるものである。本実施例で使用しているインバータ回路72は、直流電源40と、第1のスイッチング素子64と、第2のスイッチング素子65と、共振コンデンサ63を有し、第1のスイッチング素子64と第2のスイッチング素子65は直列に接続され、その両端は直流電源40の出力端子間に接続し、共振コンデンサ63と第1のコイル24の直列回路は、第1のスイッチング素子64と第2のスイッチング素子65の接続点と直流電源40のマイナス端子の間に接続している。
【0039】
本実施例においては、スイッチング素子64は、IGBT66とダイオード67の並列回路によって構成しており、スイッチング素子65は、IGBT68とダイオード69の並列回路によって構成している。また駆動回路70は、スイッチング素子64とスイッチング素子65を交互にオンするものであり、共振コンデンサ63は、第1のコイル24と直列共振する。
【0040】
また第1の物体71は、ヨーク60上に巻き回している励磁コイル61と、励磁コイル61に電流を供給する電源62を有している。また第2の物体22を構成する第2のコイル34・35・36は、励磁コイル61が作る磁界と鎖交するものである。またこのときの磁気結合の程度は、第1の物体71と第2の物体22との相対位置、すなわち角度によって変化するものである。
【0041】
以下本実施例の動作について説明する。駆動回路70がスイッチング素子64をオンすると、直流電源40が、スイッチング素子64・第1のコイル24・共振コンデンサ63に電流を供給する。次に駆動回路70がスイッチング素子64をオフし、スイッチング素子65がターンオンすると、共振コンデンサ63が、第1のコイル24・第2のスイッチング素子65に電流を供給する。
【0042】
本実施例では、駆動回路70の動作周波数は、第1のコイル24と共振コンデンサ63の共振周波数にほぼ等しい25キロヘルツとしており、第1のスイッチング64と第2のスイッチング素子65は、40μ秒を周期としてオンオフしている。ただし、第1のスイッチング素子64と第2のスイッチング素子65の切り替わり過程においては、ターンオフする際の遅れ時間が存在することから、上下の素子の同時オンの状態を避けるために、同時オフとする信号期間いわゆるデッドタイムを示す信号を駆動回路70から出力している。
【0043】
こうして、インバータ回路72が第1のコイル24に約25キロヘルツの高周波電流を供給する。このとき、第1のコイル24に近接している結合コイル28には、第1のコイルに流れる電流と同一の周波数の誘導起電力が発生する。こうして結合コイル28に流れる高周波電流は、整流回路31で整流されて第2のコイル34に供給される。
【0044】
このとき、励磁コイル61には電源62から直流電流が供給されている。このため、ヨーク60は直流磁界を発生しており、前記第2のコイル34はこの直流磁界と鎖交するものである。このため第2のコイル34は時計方向のトルクを発生し、第2の物体22全体は実施例1と同様に回転を開始する。以下実施例1と同様に、トルクを発生する第2のコイルが35・36と変わって、第2の物体22は回転を継続する。
【0045】
特に本実施例においては、電源62によって励磁電流Ifを加減できるものである。つまり、Ifを増加すると速度は低下し、Ifを減少すると速度は増加するものである。つまり本実施例においては、第1のスイッチング素子64と第2のスイッチング素子65の損失を最小限に抑えながら、Ifの増減によって、実施例1に示した構成のものと比べて広範囲の速度制御・トルク制御を実行できるものである。
【0046】
このとき、インバータ回路72の動作を調整して、例えば共振周波数に対して駆動回路70の発振周波数を高くすれば、第1のコイル24に供給する電流が減少して、第2の物体22の速度もしくはトルクを減少できる。逆にインバータ回路72の動作周波数を共振周波数よりも低くした場合にも、第1のコイル24に供給する電流は減少することになり、よって第2の物体22の速度もしくはトルクは減少する。つまり、前記励磁電流Ifを加減することによる速度制御・トルク制御ほど広範囲の制御は実行できないが、ある程度の調整は実行はできるものである。
【0047】
また、前記インバータ回路の動作を調整する方法とした場合には、第1のスイッチング素子64と第2のスイッチング素子65との切り換えのタイミングで、ダイオード67・69に逆回復電流が流れるため、高速リカバリのダイオードが必要とはなるが、ターンオフ損失の発生はほとんどないものである。
【0048】
また、第1のスイッチング素子64と第2のスイッチング素子65のオン期間の比率を変えて、第1のコイル24に流れる電流を調整することもできる。
【0049】
なお本実施例では、図3に示しているように、ヨーク60上に励磁コイル61を巻き回した磁気回路と、インバータ回路72とを組み合わせて使用するようにしているが、前記磁気回路と図1に示しているインバータ回路50とを組み合わせて使用することも、インバータ回路72と図1に示しているヨーク39とを組み合わせて使用することもできる。
【0050】
(実施例3)
続いて本発明の第3の実施例について説明する。図4は本実施例の構成を示す回路図である。本実施例では、ヨーク76として珪素鋼板等の強磁性体を使用しており、第2のコイル34・35・36はヨーク76と磁気的に結合する構成としている。
【0051】
以下本実施例の動作について説明する。実施例1・実施例2で説明したように第2のコイル34〜36に電流が流れると、強磁性体で構成したヨーク76が磁化され、ヨーク76から磁界が発生する。この磁界が第2のコイル34〜36と鎖交して、第2のコイル34〜36が回転トルクを発生する。こうして、第2の物体22は回転するものである。
【0052】
つまり、ヨーク76の磁気抵抗は、第1の物体75と第2の物体22との相対位置、すなわち角度によって変化するものである。従って、第2のコイル34〜36が受けるリラクタンストルクは、磁気抵抗の値が最小となる方向に受けるものである。第2の物体22がその方向に回転を開始すると、回転の角度に応じて、第1のコイル24と磁気結合する結合コイル28〜30が順次切り替わって、従ってリラクタンストルクを受ける第2のコイルも、34〜36と順次切り替わるものである。このため、第2の物体22は連続的に回転するものである。
【0053】
以上のように本実施例では、ヨーク76として強磁性体を使用しているため、温度の変化に対する性能の変化が永久磁石を使用したものに比べて小さいものである。従って高温の雰囲気中で使用することも可能である。また磁石を必要としていないため、部品点数が少なく、組立工数も少なくなり、構造的にも堅牢なものが実現できる。
【0054】
【発明の効果】
請求項1に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給するヨークとを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する構成としたから、ブラシと整流子を使用しない、長寿命安全な動力発生装置を実現することができる。
【0055】
請求項2に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給する永久磁石を備えたヨークと、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、前記第2のコイルは永久磁石と磁気的に結合し第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する構成としたから、励磁のためのエネルギーを必要としない高効率の動力発生装置を実現することができる。
【0056】
請求項3に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給するヨークと、ヨーク上に巻き回した励磁コイルと、励磁コイルに電流を供給する電源とを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、前記第2のコイルは励磁コイルと磁気的に結合し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する構成としたから、広範囲の速度制御が可能な高性能の動力発生装置を実現することができる。
【0057】
請求項4に記載した発明は、第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給する強磁性体によって構成したヨークとを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する構成としたから、簡単な構成の動力発生装置を実現することができる。
【0058】
請求項5に記載した発明は、インバータ回路は、直流電源と、スイッチング素子と、共振コンデンサを有し、第1のコイルとスイッチング素子とを直列に接続し、この直列体の両端を直流電源の出力端子間に接続し、共振コンデンサはスイッチング素子と第1のコイルとの接続点と直流電源の一端子の間に接続したから、スイッチング素子のターンオフ時のスイッチング損失を低減し、またノイズの発生を低く抑えることができる動力発生装置を実現することができる。
【0059】
請求項6に記載した発明は、ンバータ回路を、直流電源と、第1のスイッチング素子と第1のスイッチング素子に直列に接続した第2のスイッチング素子と、共振コンデンサを有し、前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子の直列体の両端を直流電源の出力端子間に接続し、共振コンデンサは第1のコイルと直列に接続し、この直列体を、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との接続点と直流電源の一端子の間に接続したから、効率の高い動力発生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施例である動力発生装置の構成を示す回路図
【図2】 同、インバータ回路の動作を示す波形図(ア)直流電源の出力電圧とスイッチング素子のコレクタ・エミッタ間の電圧を示す波形図(イ)スイッチング素子に流れる電流を示す波形図(ウ)第1のコイルの両端子間に発生する電圧と第1のコイルに流れる電流を示す波形図
【図3】 本発明の第2の実施例である動力発生装置の構成を示す回路図
【図4】 本発明の第3の実施例である動力発生装置の構成を示す回路図
【図5】 従来の動力発生装置の構成を示す回路図
【符号の説明】
21 第1の物体
22 第2の物体
24 第1のコイル
28 結合コイル
29 結合コイル
30 結合コイル
31 整流回路
32 整流回路
33 整流回路
37 永久磁石
38 永久磁石
39 ヨーク
40 直流電源
43 スイッチング素子
44 共振コンデンサ
50 インバータ回路
60 ヨーク
61 励磁コイル
62 電源
63 共振コンデンサ
64 第1のスイッチング素子
65 第2のスイッチング素子
76 ヨーク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a power generation device such as a motor or a linear motor used for home use or industrial use.
[0002]
[Prior art]
  A conventionally used power generator will be described with reference to FIG. The first object 1 is composed of a permanent magnet 6 and a permanent magnet 7 and a stator 8 formed of a yoke 8 using a silicon steel plate constituting a magnetic circuit, a DC power source 3, and a carbon product connected to the DC power source 3. The brush 4 and the brush 5 are provided. The second object 2 acting as a rotor driven by the first object 1 is a steel plate that constitutes a magnetic circuit together with the three commutators 9, 10, and 11 and the yoke 8 that constitutes the first object 1. The coil 12,13,14 currently wound up and the axis | shaft 15 which takes out motive power outside are provided. The coil 12 is connected between the commutator 9 and the commutator 10, the coil 13 is connected between the commutator 10 and the commutator 11, and the coil 14 is connected between the commutator 11 and the commutator 9.
[0003]
  With the above configuration, when the voltage of the DC power source 3 is applied to the brush 4 and the brush 5, a current flows through the coils 12 to 14. That is, when current flows in a magnetic circuit constituted by the permanent magnets 6 and 7 and the yoke 8 and the steel plate used for the rotor, the coils 12 to 14 have a magnetic field and a chain generated by the magnetic circuit. It is something that you exchange. As a result, the coils 12 to 14 receive torque by the magnetic circuit, and the second object 2 starts to rotate. When the second object 2 rotates and the brush 5 comes into contact with the commutator 11, the direction of the current flowing through the coil 13 is reversed. At this time, since the angle relationship between the first object 1 and the second object 2 is advanced, the direction of torque generated by the coils 12 to 14 continues to be clockwise. Further, when the rotation of the second object 2 further proceeds, the coil 13 is short-circuited by the commutator 11. During this short-circuit period, the coils 12 to 14 do not generate torque, but the second object 2 continues to rotate due to inertia.
[0004]
  By repeating the above operation, the second object 2 continues to rotate. In this way, the user can continuously extract power from the shaft 15.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
  The conventional power generation apparatus has a problem that the brush is worn or sparks are generated between the brush and the commutator.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionA first object having a first coil and an inverter circuit for supplying a high-frequency current to the first coil; and a yoke for supplying a magnetic field to the second object; and being movable relative to the first object A second object provided, wherein the second object has at least one magnetic coupling with the first coil that varies according to a relative position between the first object and the second object. Each of the coupling coils, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, and mechanical force between the first coil and the first object by the current of the second coil Is generated,Long service life with no brushsoThis is a safe power generator.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  The invention described in claim 1A first object having a first coil and an inverter circuit for supplying a high-frequency current to the first coil; and a yoke for supplying a magnetic field to the second object; and being movable relative to the first object A second object provided, wherein the second object has at least one magnetic coupling with the first coil that varies according to a relative position between the first object and the second object. Each of the coupling coils, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, and mechanical force between the first coil and the first object by the current of the second coil Is generated,The second object is a power generation device that is driven in a configuration that does not use a brush and a commutator.
[0008]
  The invention described in claim 2An inverter circuit for supplying a high frequency current to the first coil and the first coil, a yoke having a permanent magnet for supplying a magnetic field to the second object, and a movable relative to the first object A second object, wherein the second object has a magnetic coupling with the first coil that varies according to a relative position of the first object and the second object. One coupling coil, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, the second coil being magnetically coupled to the permanent magnet and second A mechanical force is generated between the coil and the first object,The second object is driven by the current of the second coil that is magnetically coupled to the permanent magnet, so that a highly efficient power generation device that does not require energy for excitation is provided.
[0009]
  The invention described in claim 3An inverter circuit for supplying a high-frequency current to the first coil and the first coil, a yoke for supplying a magnetic field to the second object, an excitation coil wound on the yoke, and a power source for supplying current to the excitation coil And a second object that is movable relative to the first object, wherein the second object is magnetically coupled to the first coil, and At least one coupling coil that changes according to a relative position between the first object and the second object; a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil; and a second coil that receives the output of the rectifier circuit. The second coil is magnetically coupled to the exciting coil and generates a mechanical force with the first object by the current of the second coil;The second coil is coupled to an exciting coil wound on a yoke, and the current supplied to the exciting coil is adjusted to provide a high-performance power generator capable of speed control over a wide range.
[0010]
  The invention described in claim 4A first object having a first coil, an inverter circuit for supplying a high-frequency current to the first coil, a yoke made of a ferromagnetic material for supplying a magnetic field to the second object, and the first object The second object is relatively movable, and the second object has a magnetic coupling with the first coil at a relative position between the first object and the second object. And at least one coupling coil that changes in response, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit. And generate mechanical force betweenThe second object is driven by a second coil that receives a reluctance force from a yoke made of a ferromagnetic material, so that a power generator having a very simple structure is obtained.
[0011]
  The invention described in claim 55. The power generation device according to claim 1, wherein the inverter circuit includes a DC power source, a switching element, and a resonance capacitor, and the first coil and the switching element are connected in series, and both ends of the series body are connected. Is connected between the output terminals of the DC power supply, and the resonant capacitor is connected between the connection point of the switching element and the first coil and one terminal of the DC power supply,The power generation device can reduce the switching loss when the switching element is turned off and can suppress the generation of noise.
[0012]
  The invention described in claim 65. The power generation device according to claim 1, wherein the inverter circuit includes a DC power source, a first switching element, a second switching element connected in series to the first switching element, and a resonant capacitor. Both ends of the series body of the first switching element and the second switching element are connected between the output terminals of the DC power supply, the resonance capacitor is connected in series with the first coil, and this series body is connected to the first switching element. Connected between the connection point of the element and the second switching element and one terminal of the DC power supply,It is a highly efficient power generator.
[0013]
【Example】
  Example 1
  The first embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of this embodiment. The power generation apparatus of the present embodiment is a motor that supplies power to a load by rotational movement, and includes a first object 21 that functions as a stator and a second object 22 that functions as a rotor. The first object 21 includes a yoke 39 for supplying a magnetic field to the second object 22, permanent magnets 38 and 39 provided on the end face of the yoke 39, and a first coil 24 wound on the ferrite core 23. And an inverter circuit 50 for supplying a high-frequency current to the first coil 24. The second object 22 includes a second coil 34, 35, 36 wound around a core formed by stacking silicon steel plates and the like, and a coupling coil 28, which supplies current to the second coil 34, 35, 36. 29.30. The coupling coils 28, 29, and 30 are wound around the surfaces of the ferrite cores 25, 26, and 27, and are sequentially coupled to the first coil 24. A rectifier circuit 32 composed of diodes 51 and 52 is connected to the coupling coil 28, and the output of the rectifier circuit 32 is supplied to the second coil 35. Similarly, a rectifier circuit 31 constituted by diodes 53 and 54 is connected to the coupling coil 29, and the output of the rectifier circuit 31 is supplied to the second coil 34. A rectifier circuit 33 constituted by diodes 55 and 56 is connected to the coupling coil 30, and the output of the rectifier circuit 33 is supplied to the second coil 36. In this embodiment, the rectifier circuit 31 is constituted by diodes 51 and 52, the rectifier circuit 32 is constituted by diodes 53 and 54, and the rectifier circuit 33 is constituted by diodes 55 and 56.
[0014]
  The ferrite cores 23, 25, 26, and 27 are arranged on the same plane, and the second coils 34, 35, and 36 and the permanent magnets 37 and 38 are planes that are separated from the plane by 50 millimeters in the axial direction.InProvided.
[0015]
  The inverter circuit 50 includes a DC power supply 40 that outputs a DC voltage of 100 volts, a switching element 43 configured by connecting an IGBT 41 having a withstand voltage of 900 volts and a diode 42 in parallel, and a resonance capacitor 44. In this embodiment, the DC power source 40 includes a voltage source 48, a smoothing capacitor 45 connected to the output thereof, and a filter circuit 47 constituted by a choke coil 46. The first coil 24 is connected in series with the switching element 43, and a DC power supply 40 supplies power to both ends of the series body. The resonance capacitor 44 is connected between the connection point between the switching element 43 and the first coil 24 and the positive terminal of the DC power supply. A drive circuit 49 for driving the switching element 43 is connected to the gate terminal of the IGBT 41.
[0016]
  The operation of this embodiment will be described below. When a switch (not shown) is turned on, the inverter circuit 50 starts operating and supplies a high frequency current of 25 kilohertz to the first coil 24.
[0017]
  The inverter circuit 50 operates as shown in FIG. 2A shows the relationship between the output voltage Vdc of the DC power supply 40 and the collector-emitter voltage Vce of the switching element 43, FIG. 2A shows the current Ic flowing through the switching element 43, and FIG. 2C shows the first coil 24. The voltage V generated between both terminalsLAnd current ILShows the relationship. This waveform shows the case where the drive circuit 49 generates an on / off signal at 25 kHz.
[0018]
  In the on period Ton, the current supplied from the DC power supply 40 flows through the first coil 24 and the switching element 43, and a substantially DC voltage is applied between the terminals of the first coil 24 and flows through the switching element 43. The current Ic increases almost linearly.
[0019]
  In the Toff period in which the switching element 43 is turned off by the drive circuit 49, the current flowing in the first coil 24 starts flowing to the resonance capacitor 44 at the moment when the switching element 43 is turned off. Resonance begins between. Therefore, the collector-emitter voltage Vce of the switching element 43 has a resonance waveform as shown in FIG.
[0020]
  After this resonance operation continues for about half a cycle, VL= Vdc, that is, the voltage of the first coil 24 becomes equal to the voltage of the DC power supply 40 again. At this moment, the current of the resonant capacitor 44 becomes 0, and the diode 42 is turned on instead. That is, the voltage Vce of the switching element 43 is almost zero, and the diode 42 is turned on, so that the switching element 43 is in a conductive state.
[0021]
  At this time, the drive circuit 49 raises the gate-emitter voltage of the IGBT 41 to a high level in a state where a current flows through the diode 42. For this reason, the switching element 43 performs a switching operation called a quasi-E class.
[0022]
  By repeating the above operation, the inverter circuit 50 of this embodiment supplies a high frequency current of 25 kilohertz to the first coil 24. When a high frequency current is supplied to the first coil 24, an induced electromotive force is generated in the coupling coil 28, for example. The high-frequency current flowing through the coupling coil 28 by the induced electromotive force is rectified by the rectifier circuit 31, and the output is supplied to the second coil 34. In this embodiment, the rectifier circuit 31 is composed of diodes 50 and 51, which has the same circuit configuration as a secondary side rectifier circuit such as a forward type switching power supply device. Therefore, the terminal voltage V of the coupling coil 282Is positive, the diode 50 is turned on and the terminal voltage V2Is negative, the diode 51 is turned on, and a current flows continuously by the energy stored in the inductance of the second coil 34. At this time, the magnetic flux generated by the permanent magnets 38 and 39 flows in the magnetic field formed by the core constituting the second object and the yoke 39 provided with the permanent magnets 38 and 39 on the end face. Therefore, the current flowing through the second coil 34 is linked to the magnetic flux generated by the permanent magnets 38 and 39. For this reason, the second coil 34 generates BIL torque, and the entire second object 22 starts to rotate clockwise.
[0023]
  When the rotation angle of the second object 22 reaches about 60 degrees, the coupling between the first coil 24 and the coupling coil 28 is released, and the coupling coil 30 is coupled with the first coil 24. Thus, the current flowing through the coupling coil 30 similarly flows through the second coil 35, and the second coil 35 generates BIL torque. Thus, the second object 22 is further rotated by 60 degrees, and then the coupling coil 29 is coupled to the first coil 24. Thus, the 1st coil 24 couple | bonds with the coupling coils 28 * 29 * 30 one by one, and the 2nd object 22 continues rotation.
[0024]
  In the present embodiment, the second object 2 rotates at a maximum of 3600 revolutions per minute (60 revolutions per second), and this rotation can be extracted outside using the shaft 56.
[0025]
  As described above, according to the present embodiment, the currents of the coupling coils 28 to 30 that are magnetically coupled to the first coil 24 are supplied to the second coils 34 to 36 through the rectifier circuits 31 to 33. Using the torque received by the second coils 34 to 36, the second object 22 does not require a commutator or a brush, and realizes a long-life and safe power generation device.
[0026]
  At this time, in this embodiment, the second object 22 is driven by the current of the second coils 34 to 36 that are magnetically coupled to the permanent magnets 37 and 38, and energy for excitation is required. It realizes a highly efficient power generation device that does not.
[0027]
  In this embodiment, ferrite cores 23, 25, 26 and 27 are used. For this reason, the efficiency of the inverter circuit 50 can be improved. That is, since the ferrite cores 23, 25, 26 and 27 are used, the iron loss with respect to the high frequency current is small. Further, by devising the shape of the ferrite cores 23, 25, 26 and 27, when the rotation of the second object 22 proceeds, the degree of coupling between the second coil 24 and the coupling coils 34 to 36 is optimally adjusted. You can also
[0028]
  The inverter circuit 50 used in this embodiment has a DC power supply 40, a switching element 43, and a resonance capacitor 44, and the first coil 24 and the switching element 43 are connected in series. Are connected between the output terminals of the DC power supply 40, and the resonance capacitor 44 is connected between the connection point of the switching element 43 and the first coil 24 and one terminal of the DC power supply 40. For this reason, since the resonant capacitor 44 prevents the voltage from rising suddenly when the switching element 43 is turned off, noise can be prevented, the turn-off loss of the switching element 43 can be suppressed, and the IGBT 41 can be latched. The required amount of up resistance can be reduced. Also, since no reverse voltage is applied at the time of sudden turn-off for the diode 42, it is possible to use a diode that takes a reverse recovery time, and the switching element 43 can be made inexpensive. It is also possible to reduce the cost of the device.
[0029]
  In this embodiment, the drive circuit 49 uses the integrated circuits AN6715 and AN6728, and has a low cost configuration with a small number of parts. However, discrete components such as transistors, diodes, resistors and capacitors can be used as the drive circuit 49.
[0030]
  In addition, the first coil 24 and the coupling coils 27 to 29 used in this embodiment are wound around the ferrite core 23 and the ferrite cores 25 to 27. That is, the size of the gap between the ferrite core 23 and the ferrite cores 25, 26, and 27 can be easily adjusted. Therefore, the inductance value of the first coil 24 can be easily adjusted to an appropriate value, and the switching waveform of the switching element 43 indicated by Vce can be reduced to 0 as shown in FIG. Is. Therefore, there is no occurrence of a so-called short-circuit operation mode, the turn-on loss of the IGBT 41 can be reduced, and generation of high-frequency line noise and radiation noise can be suppressed.
[0031]
  That is, when the inductance value of the first coil 24 is small, the waveform of Vce does not reach 0 as indicated by the broken line in FIG. Therefore, after the IGBT 41 is turned off, the voltage at both ends of the first coil 24 does not reach the output voltage of the DC power supply 40 again, and the resonance voltage waveform generated at both ends of the first coil 24 is attenuated. The resonance is terminated without the diode 42 being conducted. As a result, the voltage Vce at both ends of the IGBT 41 is turned on while having a certain value, so that a short-circuit operation mode in which the resonant capacitor 44 is short-circuited through the DC power supply 40 occurs at the moment when the IGBT 41 is turned on. For this reason, the turn-on loss of the IGBT 41 increases, and the generation of high-frequency line noise and radiation noise increases.
[0032]
  However, when the on-time is set to a certain level or less, the resonance operation becomes insufficient, and there is a mode in which no current flows through the diode 42, and it is not allowed to operate in this state. In this case, naturally, the turn-on loss of the IGBT 41 increases. However, this is effective when, for example, the on-period at the time of startup is set to a small value and the control is gradually expanded after startup for the purpose of preventing an inrush current at the startup of the power generation device.
[0033]
  In this embodiment, the operating frequency of the inverter 25 is set to a high frequency of 25 kilohertz. For this reason, the switching loss of the switching element 43 can be suppressed, no harsh noise is generated, and the BIL torque generated between the first coil 24 and the coupling coils 28 to 30 is suppressed to a small level. BIL torque generated in the coils 34 to 36 can be used effectively. The operating frequency of the inverter circuit 50 can be set to a higher frequency such as 100 kilohertz or 1 megahertz. In this case, the first coil 24, the coupling coils 28 to 30 and the ferrite cores 23, 25, 26 and 27 can be reduced in size.
[0034]
  In this exampleInverter circuitThe resonance capacitor 44 constituting 50 is connected at one end to the plus side of the DC power supply 40 and in parallel with the first coil 24, but is connected to the minus terminal side and connected between the collector and emitter of the switching element 43. Even if they are arranged in parallel, they operate in the same manner. In addition, the switching element 43 and the first coil 24 can also have a configuration in which the switching element 43 is arranged on the plus side. Of course, for the switching element 43, a bipolar type, MOSFET, GTO or the like can be used in addition to the IGBT.
[0035]
  Further, the rectifier circuits 31 to 33 provided on the second object 22 are configured by using two diodes in this embodiment, but this configuration is also a full-wave rectifier bridge or a diode of only one stone. May be connected in series to the coupling coil, and the polarity may be forward or flyback with respect to the on / off state of the switching element 43.
[0036]
  In this embodiment, the period of the ON signal generated by the drive circuit 49 is variable. For this reason, the magnitude of the induced electromotive force generated in the coupling coils 28, 29, and 30 can be adjusted, whereby the magnitude of the current flowing through the second coils 34, 35, and 36 can be adjusted. That is, speed control, torque control, positioning control, etc. can be easily realized like a DC motor.
[0037]
  In addition, in order to execute speed control with high accuracy, the configuration of the present embodiment includes, for example, detection for detecting voltage generated at both ends of the switching element 43, current flowing through the switching element, current supplied by the DC power supply 40, and the like. It is possible to add a circuit or a speed sensor for detecting the speed. That is, as the second object 22 rotates, the coupling state between the coupling coils 28 to 30 and the first coil 24 is periodically different, and the rotation speed can be detected from this fluctuation cycle.
[0038]
  (Example 2)
  Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of this embodiment. In the present embodiment, the configuration of the first object 71 is different from that of the first embodiment. Used in this exampleInverter circuit72 includes a DC power supply 40, a first switching element 64, a second switching element 65, and a resonant capacitor 63. The first switching element 64 and the second switching element 65 are connected in series, Both ends thereof are connected between the output terminals of the DC power supply 40, and the series circuit of the resonance capacitor 63 and the first coil 24 is connected to the connection point between the first switching element 64 and the second switching element 65 and the minus of the DC power supply 40. Connected between terminals.
[0039]
  In this embodiment, the switching element 64 is configured by a parallel circuit of an IGBT 66 and a diode 67, and the switching element 65 is configured by a parallel circuit of an IGBT 68 and a diode 69. The drive circuit 70 alternately turns on the switching elements 64 and the switching elements 65, and the resonance capacitor 63 resonates in series with the first coil 24.
[0040]
  The first object 71 includes an exciting coil 61 wound around the yoke 60 and a power source 62 that supplies current to the exciting coil 61. Further, the second coils 34, 35, and 36 constituting the second object 22 are linked with the magnetic field generated by the exciting coil 61. The degree of magnetic coupling at this time varies depending on the relative position, that is, the angle between the first object 71 and the second object 22.
[0041]
  The operation of this embodiment will be described below. When the drive circuit 70 turns on the switching element 64, the DC power supply 40 supplies current to the switching element 64, the first coil 24, and the resonant capacitor 63. Next, when the drive circuit 70 turns off the switching element 64 and the switching element 65 is turned on, the resonant capacitor 63 supplies current to the first coil 24 and the second switching element 65.
[0042]
  In the present embodiment, the operating frequency of the drive circuit 70 is set to 25 kilohertz that is substantially equal to the resonant frequency of the first coil 24 and the resonant capacitor 63, and the first switching 64 and the second switching element 65 take 40 μs. ON / OFF as a cycle. However, in the process of switching between the first switching element 64 and the second switching element 65, there is a delay time when turning off, so that the upper and lower elements are simultaneously turned off in order to avoid a simultaneous on state. A signal indicating a signal period so-called dead time is output from the drive circuit 70.
[0043]
  Thus, the inverter circuit 72 supplies a high frequency current of about 25 kilohertz to the first coil 24. At this time, an induced electromotive force having the same frequency as the current flowing in the first coil is generated in the coupling coil 28 adjacent to the first coil 24. The high-frequency current flowing through the coupling coil 28 is rectified by the rectifier circuit 31 and supplied to the second coil 34.
[0044]
  At this time, a direct current is supplied from the power source 62 to the exciting coil 61. For this reason, the yoke 60 generates a DC magnetic field, and the second coil 34 is linked to the DC magnetic field. Therefore, the second coil 34 generates a clockwise torque, and the entire second object 22 starts to rotate as in the first embodiment. Thereafter, as in the first embodiment, the second coil that generates torque changes to 35 and 36, and the second object 22 continues to rotate.
[0045]
  In particular, in this embodiment, the excitation current If can be adjusted by the power source 62. That is, increasing If decreases the speed, and decreasing If increases the speed. In other words, in the present embodiment, speed control over a wider range than that of the configuration shown in the first embodiment is achieved by increasing or decreasing If while minimizing the loss of the first switching element 64 and the second switching element 65.・ Torque control can be executed.
[0046]
  At this time, if the operation of the inverter circuit 72 is adjusted, for example, if the oscillation frequency of the drive circuit 70 is increased with respect to the resonance frequency, the current supplied to the first coil 24 decreases, and the second object 22 Speed or torque can be reduced. Conversely, even when the operating frequency of the inverter circuit 72 is made lower than the resonance frequency, the current supplied to the first coil 24 decreases, and thus the speed or torque of the second object 22 decreases. In other words, control as broad as speed control and torque control by adjusting the excitation current If cannot be performed, but some adjustment can be performed.
[0047]
  Further, when the method of adjusting the operation of the inverter circuit is employed, the reverse recovery current flows through the diodes 67 and 69 at the timing of switching between the first switching element 64 and the second switching element 65. A recovery diode is required, but almost no turn-off loss occurs.
[0048]
  In addition, the current flowing through the first coil 24 can be adjusted by changing the ratio of the ON period of the first switching element 64 and the second switching element 65.
[0049]
  In this embodiment, as shown in FIG. 3, a magnetic circuit in which an exciting coil 61 is wound on a yoke 60 and an inverter circuit 72 are used in combination. The inverter circuit 50 shown in FIG. 1 can be used in combination, or the inverter circuit 72 and the yoke 39 shown in FIG. 1 can be used in combination.
[0050]
  (Example 3)
  Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a circuit diagram showing the configuration of this embodiment. In the present embodiment, a ferromagnetic material such as a silicon steel plate is used as the yoke 76, and the second coils 34, 35, and 36 are configured to be magnetically coupled to the yoke 76.
[0051]
  The operation of this embodiment will be described below. As described in the first and second embodiments, when a current flows through the second coils 34 to 36, the yoke 76 made of a ferromagnetic material is magnetized, and a magnetic field is generated from the yoke 76. This magnetic field is interlinked with the second coils 34 to 36, and the second coils 34 to 36 generate rotational torque. Thus, the second object 22 rotates.
[0052]
  That is, the magnetic resistance of the yoke 76 changes depending on the relative position, that is, the angle between the first object 75 and the second object 22. Therefore, the reluctance torque received by the second coils 34 to 36 is received in the direction in which the value of the magnetic resistance is minimized. When the second object 22 starts to rotate in that direction, the coupling coils 28 to 30 that are magnetically coupled to the first coil 24 are sequentially switched according to the angle of rotation, so that the second coil that receives the reluctance torque also , 34 to 36 are sequentially switched. For this reason, the 2nd object 22 rotates continuously.
[0053]
  As described above, in this embodiment, since a ferromagnetic material is used as the yoke 76, the change in performance with respect to the change in temperature is smaller than that using a permanent magnet. Therefore, it can be used in a high temperature atmosphere. In addition, since no magnet is required, the number of parts is reduced, the number of assembly steps is reduced, and a structurally robust one can be realized.
[0054]
【The invention's effect】
  According to a first aspect of the present invention, there is provided a first object having a first coil, an inverter circuit that supplies a high frequency current to the first coil, a yoke that supplies a magnetic field to the second object, A second object provided so as to be movable relative to the object, wherein the second object is:At least one magnetic coupling with the first coil varies depending on a relative position of the first object and the second object.A coupling coil, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, and generates mechanical force between the first object and the current of the second coil Configuration toSince the,Long life without using brush and commutatorsoRealizing a safe power generatorcan do.
[0055]
  According to a second aspect of the present invention, a first coil, an inverter circuit that supplies a high-frequency current to the first coil, a yoke that includes a permanent magnet that supplies a magnetic field to the second object, and a first object A second object provided relatively movable with respect to the second object,At least one magnetic coupling with the first coil varies depending on a relative position of the first object and the second object.A coupling coil; a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil; and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, wherein the second coil is magnetically coupled to a permanent magnet and A configuration in which mechanical force is generated between the first object and an electric current;Since the,Realizing a highly efficient power generator that does not require energy for excitationcan do.
[0056]
  The invention described in claim 3 includes a first coil, an inverter circuit that supplies a high-frequency current to the first coil, a yoke that supplies a magnetic field to the second object, an exciting coil wound on the yoke, A first object having a power source for supplying a current to the exciting coil; and a second object provided so as to be movable relative to the first object, wherein the second object is:At least one magnetic coupling with the first coil varies depending on a relative position of the first object and the second object.A coupling coil; a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil; and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, wherein the second coil is magnetically coupled to the excitation coil, and the second coil Generating mechanical force with the first object by the current ofSince the,Realization of a high-performance power generator capable of speed control over a wide rangecan do.
[0057]
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a first coil including a first coil, an inverter circuit that supplies a high-frequency current to the first coil, and a yoke configured by a ferromagnetic material that supplies a magnetic field to the second object. An object and a second object that is movable relative to the first object, wherein the second object is:At least one magnetic coupling with the first coil varies depending on a relative position of the first object and the second object.A coupling coil, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, and generates mechanical force between the first object and the current of the second coil Configuration toSince the,Realized a power generator with a simple configurationcan do.
[0058]
  The invention described in claim 5The inverter circuit includes a direct current power source, a switching element, and a resonance capacitor. The first coil and the switching element are connected in series, and both ends of the series body are connected between output terminals of the direct current power source. Is connected between the connection point of the switching element and the first coil and one terminal of the DC power supply,Realize a power generation device that can reduce switching loss when switching elements are turned off and can suppress noise generation.be able to.
[0059]
  The invention described in claim 6BThe inverter circuit includes a DC power source, a first switching element, a second switching element connected in series to the first switching element, and a resonance capacitor, and the first switching element and the second switching element Both ends of the series body are connected between the output terminals of the DC power supply, the resonance capacitor is connected in series with the first coil, and this series body is connected to the connection point between the first switching element and the second switching element and the DC. Connected between terminals of the power supplyFromRealized highly efficient power generatorcan do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power generator according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the inverter circuit. (A) A waveform diagram showing the output voltage of the DC power supply and a voltage between the collector and the emitter of the switching element. (A) A waveform diagram showing the current flowing through the switching element. ) Waveform diagram showing the voltage generated between both terminals of the first coil and the current flowing through the first coil.
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of a power generator according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a power generating apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional power generation device.
[Explanation of symbols]
  21 First object
  22 Second object
  24 First coil
  28 Coupling coil
  29 Coupling coil
  30 Coupling coil
  31 Rectifier circuit
  32 Rectifier circuit
  33 Rectifier circuit
  37 Permanent magnet
  38 Permanent magnet
  39 York
  40 DC power supply
  43 Switching elements
  44 Resonant capacitor
  50 Inverter circuit
  60 York
  61 Excitation coil
  62 Power supply
  63 Resonant capacitor
  64 First switching element
  65 Second switching element
  76 York

Claims (6)

第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給するヨークとを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する動力発生装置。A first object having a first coil and an inverter circuit for supplying a high-frequency current to the first coil; and a yoke for supplying a magnetic field to the second object; and being movable relative to the first object A second object provided, wherein the second object has at least one magnetic coupling with the first coil that varies according to a relative position between the first object and the second object. Each of the coupling coils, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, and mechanical force between the first coil and the first object by the current of the second coil Power generation device that generates 第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給する永久磁石を備えたヨークと、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、前記第2のコイルは永久磁石と磁気的に結合し第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する動力発生装置。An inverter circuit for supplying a high frequency current to the first coil and the first coil, a yoke having a permanent magnet for supplying a magnetic field to the second object, and a movable relative to the first object A second object, wherein the second object has at least one magnetic coupling with the first coil that varies according to a relative position of the first object and the second object. A coupling coil; a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil; and a second coil that receives the output of the rectifier circuit, wherein the second coil is magnetically coupled to a permanent magnet and A power generation device that generates mechanical force with a first object by an electric current. 第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給するヨークと、ヨーク上に巻き回した励磁コイルと、励磁コイルに電流を供給する電源とを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、前記第2のコイルは励磁コイルと磁気的に結合し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する動力発生装置。An inverter circuit for supplying a high-frequency current to the first coil and the first coil, a yoke for supplying a magnetic field to the second object, an excitation coil wound on the yoke, and a power source for supplying current to the excitation coil And a second object that is movable relative to the first object, wherein the second object is magnetically coupled to the first coil, and At least one coupling coil that changes according to a relative position between the first object and the second object; a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil; and a second coil that receives the output of the rectifier circuit. A power generator that magnetically couples the second coil to the exciting coil and generates a mechanical force with the first object by the current of the second coil. 第1のコイルと第1のコイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、第2の物体に磁界を供給する強磁性体によって構成したヨークとを有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可動に設けた第2の物体を有し、前記第2の物体は、前記第1のコイルとの磁気的結合が、前記第1の物体と前記第2の物体の相対位置に応じて変化する少なくとも1個の結合コイルと、第1のコイルの出力を整流する整流回路と、整流回路の出力を受ける第2のコイルを有し、第2のコイルの電流によって第1の物体との間に機械力を発生する動力発生装置。A first object having a first coil, an inverter circuit for supplying a high-frequency current to the first coil, a yoke made of a ferromagnetic material for supplying a magnetic field to the second object, and the first object The second object is relatively movable, and the second object has a magnetic coupling with the first coil at a relative position between the first object and the second object. And at least one coupling coil that changes in response, a rectifier circuit that rectifies the output of the first coil, and a second coil that receives the output of the rectifier circuit. A power generator that generates mechanical force between them. インバータ回路は、直流電源と、スイッチング素子と、共振コンデンサを有し、第1のコイルとスイッチング素子とを直列に接続し、この直列体の両端を直流電源の出力端子間に接続し、共振コンデンサはスイッチング素子と第1のコイルとの接続点と直流電源の一端子の間に接続した請求項1から4のいずれか1項に記載した動力発生装置。  The inverter circuit includes a DC power supply, a switching element, and a resonance capacitor, and the first coil and the switching element are connected in series, and both ends of the series body are connected between output terminals of the DC power supply. 5. The power generation device according to claim 1, wherein the power generation device is connected between a connection point between the switching element and the first coil and one terminal of the DC power supply. インバータ回路は、直流電源と、第1のスイッチング素子と第1のスイッチング素子に直列に接続した第2のスイッチング素子と、共振コンデンサを有し、前記第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子の直列体の両端を直流電源の出力端子間に接続し、共振コンデンサは第1のコイルと直列に接続し、この直列体を、第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子との接続点と直流電源の一端子の間に接続した請求項1から4のいずれか1項に記載した動力発生装置。  The inverter circuit includes a DC power source, a first switching element, a second switching element connected in series to the first switching element, and a resonant capacitor, and the inverter circuit includes the first switching element and the second switching element. Both ends of the series body are connected between the output terminals of the DC power source, the resonant capacitor is connected in series with the first coil, and this series body is connected to the connection point between the first switching element and the second switching element and the DC. The power generation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the power generation device is connected between terminals of a power source.
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