JPH04222493A

JPH04222493A - 電動機駆動装置及び電気駆動装置

Info

Publication number: JPH04222493A
Application number: JP3068969A
Authority: JP
Inventors: Branislav Tepavcevic; ブラニスラブ　テパブセビク
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-07
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1992-08-12
Also published as: US5113113A; EP0446058A2; EP0446058A3

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、Ｎ≧１の場合における
フェーズ数がｎの各フェーズに補助巻線を密着させた主
巻線を有する可変の磁気抵抗（ＶＲ）モータと、接続さ
れた直流電圧源から単向電流（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏ
ｎａｌｃｕｒｒｅｎｔ）パルスを供給する電力変換器を
備える電気駆動装置（ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｄｒｉｖｅ　
ｓｙｓｔｅｍ）に関する。本発明は効率が良く経済的な
駆動装置を提供するもので、速度及び／又はトルクを制
御可能なこと、及び従来のコンポーネントと組み合わせ
ることができる点に特徴を有する。

【０００２】

【発明の背景】電気駆動装置には、可変の磁気抵抗モー
タ、電力の流れをモータの主巻線に向かわせる電力変換
器、及び該モータを励磁するための調節可能な直流電圧
源が含まれる。

【０００３】ＶＲモータには２種類のモータがあり、そ
の１つは、ｎ個のフェーズ（但し、Ｎ≧２）を内蔵し、
ロータの任意位置でロータの一方向への動きによってイ
ンダクタンスが上昇する少なくとも１つの巻線と、ロー
タの任意位置でロータの前記方向への移動によってイン
ダクタンスが減少する少なくとも１つの巻線を有し、モ
ータの可逆回転可能なＶＲモータであるか、または一方
向にのみ回転可能であってｎ個のフェーズ（但し、Ｎ≧
１）を内蔵し、ロータの任意位置でロータの所定方向へ
の動きによってインダクタンスが上昇する少なくとも１
つの巻線を有し、かつ１９７２年７月２５日発行の米国
特許第３６７９９５３号に開示されているように、極の
各対が中心をずれた（ｏｆｆ−ｃｅｎｔｅｒ）二相モー
タ用の二重スパイラルであるロータを含んでいるＶＲモ
ータのどちらかである。モータのフェーズは１又は２以
上のグループを構成し、各グループ毎にロータの任意位
置でロータの動きによって巻線のインダクタンスが上昇
する少なくとも１つのフェーズを含むようにしている。なお、各フェーズは１つだけのグループに属している。

【０００４】電力変換器は、ロータの動きによって巻線
のインダクタンスが実質的に増加するロータ位置でフェ
ーズを励磁する。フェーズはその主巻線に直流電圧を加
えることによって励磁され、励磁は一定間隔で行なわれ
る。フェーズの励磁は、スイッチオン位置と称されるロ
ータの位置でスタートする。この位置は巻線のインダク
タンスが略最小となる位置である。また、フェーズの励
磁は、転換点（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ　ｐｏｉｎｔ）
と称されるロータの位置で終了する。この位置ては、巻
線のインダクタンスが最大以下となり、同じグループに
おける他のフェーズの巻線のインダクタンスが最小とな
り、他のフェーズが励磁されるべき位置である。電力変
換器が作動すると、１グループを構成するフェーズが、
フェーズ毎に次々と励磁されるが、スイッチング技術に
よってはオーバラップすることもある転換点の近傍を除
くと、どんな瞬時にあっても励磁されるフェーズは１つ
だけである。励磁期間中、電力変換器からは、単方向性
電流パルスが主巻線に供給される。供給された電流パル
スの波形は直線形状であり、この波形は励磁の開始時点
と終了時点で電流が瞬間的に変化することに特徴がある
。主巻線（ｍａｉｎ　ｗｉｎｄｉｎｇ）の電流の瞬間的
な変化は、各々が補助巻線（ａｕｘｉｌｉａｒｙ　ｗｉ
ｎｄｉｎｇ）の瞬間的な変化と相関関係がある。

【０００５】補助巻線を流れる電流は、互いに反対向き
の２つの短いパルスであることに基本的な特徴がある。補助巻線の電流は、各パルスの開始時に所定のレベルま
で瞬間的に変化し、その後、緩やかに変化してゼロとな
る。

【０００６】第１のパルスは、励磁の開始時には、主巻
線の電流の上昇と相関関係があり、主巻線によって作り
出される磁束とは反対向きの磁束を作り出す。第２のパ
ルスは、主巻線の電流が瞬間的に消失（ｃｏｌｌａｐｓ
ｅ）するのと相関関係を有し、主巻線が以前に作り出し
た逓減磁束（ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｆｌｕｘ）を維持す
る。

【０００７】前述した波形は、駆動における基本的特徴
部分であって、本発明の装置と公知の装置と相違する点
である。

【０００８】

【発明の要旨】本発明は電動機の駆動装置又はシステム
に関する。電動モータの駆動装置は、直線波形の励磁電
流を供給する主巻線を備えている。波形は、励磁時間に
よる間隔を有している。電動機駆動装置は、さらに、互
いに向きが反対の第１スパイクドパルスと第２スパイク
ドパルスを形成する補助巻線を備えており、各パルスは
所定の励磁区間又は間隔に対応して略瞬間的に立上り部
（ｌｅａｄｉｎｇ　ｅｄｇｅ）を形成するようにしてい
る。望ましい実施例では、第１スパイクドパルスの立上
り部は、対応する励磁区間の上昇部に相当し、第２スパ
イクドパルスの立上り部は、励磁区間の降下部に対応し
ている。

【０００９】

【望ましい実施例の説明】ＶＲモータの動作原理は、透
磁性の高い固定部材と可動部材の２つの部材を有する磁
気回路内で磁力を発生させる起磁力（ｍａｇｎｅｔｏｍ
ｏｔｉｖｅ　ｆｏｒｃｅ）（ＭＭＦ）に関係があある。磁束は、磁気抵抗がもたらしたＭＭＦを、両部材間のエ
アギャップによって最小にする傾向がある。図１及び図
２は、代表的なＶＲモータのフェーズ即ち位相（ｐｈａ
ｓｅ）の動作を示している。ここで、固定子（１）の内
向きの突出極には、対をなす主巻線（１１ａ）（１１ｂ
）と、対をなす補助巻線（１１ａｘ）（１１ｂｘ）が設
けられる。また、可動部材は、軸（３）に取り付けられ
たロータ（２）である。

【００１０】ロータの両極は図示の如く対称でもよいし
、中心がずれた二重のスパイラル構造にすることもでき
るが、ロータが図１及び図２に示す如く２つの位置間で
回転するとき、固定子と該固定子に最も近いロータの極
とのエアギャップが小さくなるようにしなければならな
い。また、その回転中に主巻線電流によって磁束を励磁
し、該磁束によって前記の回転を行なわしめるトルクを
発生させる。

【００１１】補助巻線は、リターン電流を運んで転換点
の後も逓減磁束を維持するか、又は後記する如く、主巻
線を一次側とするトランスフォーマの二次側として、励
磁区間の開始時に作動する。この結果、ＶＲモータのフ
ェーズ即ち位相の合成（ｒｅｓｕｌｔａｎｔ）ＭＭＦは
、主巻線のアンペア巻線と、補助巻線のアンペア巻線の
代数和となる。この結果、フェーズが形成する合磁束（ｒｅｓｕｌｔａ
ｎｔ　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｆｌｕｘ）はＭＭＦと所定の
関係を有し、次式で示される。Ｎ＊Ｉ＋Ｎｘ＊Ｉｘ＝（磁気抵抗）＊（合磁束）ここで
、Ｉはターン数Ｎの主巻線の＋端子から流れる電流、Ｉ
ｘはターン数Ｎｘの補助巻線の＋端子から流れる電流で
ある。同じ関係は、次式によっても与えられる。Ｎ＊Ｉｆ＝（磁気抵抗）＊（合磁束）ここで、ＩｆはＩｆ＝Ｉ＋（Ｎｘ／Ｎ）＊Ｉｘによって
与えられる位相電流である。合磁束も合成ＭＭＦも瞬間
的に変化しないことは周知である。従って、もし、その
後に補助巻線の電流を瞬間的に変化させて合成ＭＭＦが
その瞬間に変化しないようにすれば、主巻線の電流を瞬
間的に変化させることは可能である。

【００１２】磁束Ｆが変動すると、主巻線の端子間に誘
導電圧Ｅ、補助巻線の端子間に誘導電圧Ｅｘがもたらさ
れる。その値は、夫々、ファラデーの法則Ｅ＝Ｎ＊ｄＦ
／ｄｔ、及びＥｘ＝Ｎｘ＊ｄＦ／ｄｔによって求められ
る。

【００１３】この結果、電圧比はＥ：Ｅｘ＝Ｎ：Ｎｘと
なる。透磁率が一定で、補助巻線からの電流がない場合
、主巻線にかかる電圧Ｅは公知の次式によって与えられ
る。Ｅ＝ｓ（Ｌｉ）／ｓｔここで、Ｌは主巻線のインダクタンス、ｉは主巻線の電
流であり、電気機械エネルギー変換に関する関係は、公
知の如く次式によって与えられる。Ｅ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）＋ｉ（ｄＬ／ｄｔ）フェーズの主
巻線にエネルギーを送り、及び／又はフェーズの補助巻
線からエネルギーが出されるようにするには、夫々の回
路手段によって行なえばよい。フェーズの動作について
、該フェーズを構成する主巻線（１１）及び補助巻線（
１１ｘ）を例示して説明する。モータ速度は略一定で、
負荷は変動しないものとする。速度変化はトルクのむら
（ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ）によって生じるが、基本の速
度に対して小さいものと考えられる。巻線の抵抗は無視
できるものとする。フェーズの動作に関連のある回路図
の一部を図７及び図８に示している。

【００１４】図７に示す回路図は、主巻線（１１）、直
列接続されたＳ１及び直流電圧源を含んでいる。陽極端
子（１３＋）と、負極端子（１３−）は、外部回路との
結合点（ｎｏｄｅ）であり、両端子間に接続された負荷
に略一定の電流を流すことができる点に特徴がある。負
荷は１つだけの主巻線であって、スイッチＳ１が繋がっ
ているときに、主巻線（１１）が励磁される。電流の波
形は主巻線のバック起電力（ｅｌｅｃｔｒｏｍｏｔｉｖ
ｅ　ｆｏｒｃｅ）のむらによって影響を受けることは殆
んどない。このため、主巻線のＭＭＦは殆んど一定であ
る。電圧源端子間の電圧は、補助巻線からの電流がない
場合、巻線のバック起電力の波形と略完全に一致し、モ
ータの電流を一定に、モータを所定速度にすることがで
きる。

【００１５】スイッチ手段Ｓ１は、従来から使用されて
いるソリッドステートスイッチでもよいし、もっと伝統
的なスイッチでも構わない。補助巻線の動作の回路図を
図８に示している。図８に示す回路図には、補助巻線（
１１ｘ）、二組の自由整流器（１１Ａ）（１１Ｂ）及び
（１１Ｃ）（１１Ｄ）、さらに直流電圧源の陽極端子（
１４＋）及び負極端子（１４−）を含まれている。

【００１６】直流電圧源は、一方の対の整流器が前方に
バイアスされるとき、巻線（１１ｘ）を流れる電流のシ
ンク（ｓｉｎｋ）である。この電圧源はダンプ源（ｄｕ
ｍｐ　ｓｏｕｒｃｅ）と呼ばれる。補助巻線に加わる電
圧が、端子（１４＋）（１４−）間の電圧よりも高い場
合、一方の対の整流器が前方にバイアスされ、電流は巻
線を流れ始める。一方の対が導電性であるとき、補助巻
線（１１ｘ）間の電圧の極性による。端子（１４＋）（１４−）間の電圧の大きさは、主巻線
間の電圧が定格モータ速度の巻線のバック起電力の最大
よりも大きいときにだけ補助巻線からの電力が伝達され
るようなものとしている。補助巻線にある自由整流器（
ｕｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｅｃｔｉｆｉｅｒｓ）は
、単相の全波整流器を構成し、単一ブロックの整流器と
して容易に利用できる。

【００１７】エネルギーの流れの３つのパターンによっ
て、フェーズの動作が特徴づけられる。即ち、主巻線電
力に伝達される電力の一部又は全部が変えられ、補助巻
線によって供給部に戻されるとき、電力が主巻線に伝達
されるとき、及び蓄えられたエネルギーが補助巻線によ
って放出されるときである。

【００１８】転換点の後、補助巻線の＋端子から流れる
電流は逓減磁束を維持し、蓄積されたエネルギーは一対
の整流器（１１Ａ）（１１Ｂ）を通じて供給部に伝達さ
れる。蓄積エネルギーが放出される間において、主巻線
と補助巻線の電圧の極性を図９及び図１０に示している
。また、前方にバイアスされた整流器対の極性について
も図１０に示している。

【００１９】電源の電圧が高くなると、リターン電力の
値も大きくなり、補助巻線の電流パルスが短くなる。

【００２０】電力が主巻線に伝達されるときで、補助巻
線が電流を送らないときは、電源からエネルギーが取り
出され、公知の要領にて巻線の磁気エネルギーに変換さ
れる。固定子と、該固定子に最も近いロータの極との間
のエアーギャップがこのように減少すると、磁気抵抗は
実質的に減少し、合磁束は実質的に上昇する。磁束が上
昇する間、主巻線と補助巻線の電圧の極性は図７及び図
８に夫々示される。主巻線の電流が一定で、補助巻線が
電流を送らないとき、電気機械的エネルギー変換に関す
る関係は、Ｅ＝ＩｄＬ／ｄｔとして表わすことができる
。更にｄＬ／ｄｔ＝（ｄＬ／ｄｑ）（ｄｑ／ｄｔ）及び
ｗ＝ｄｑ／ｄｔと置換することにより、関係式Ｅ＝Ｉ（
ｄＬ／ｄｑ）ｗが得られる。ここで、Ｌは主巻線のイン
ダクタンス、ｑはロータの角変位、及びｗはモータの角
速度である。

【００２１】所定のロータ位置における主巻線電圧の瞬
間値は、前述した条件下では、ロータの角速度に比例す
る。従って、ロータが２つの位置を動く間、主巻線にか
かる平均電圧はロータの角速度に比例する。励磁区間の
フェーズ動作は、主巻線の電流は略一定で、補助巻線に
電流は流れない。従って、励磁中、主巻線の端子間の平
均電圧値は、その大部分がモータ速度に比例する。

【００２２】直流電圧が主巻線に加えられると直ちに、
励起した磁束も、合成ＭＭＦもなくなってしまう。直流
電圧Ｅが主巻線に加えられ、補助巻線が電流を送らない
とき、公知のシステムの場合と同様に、主巻線の電流は
エネルギー変換関係に従って変化する。スイッチオンす
る位置は、巻線のインダクタンスが実質的に最小になっ
て、電流が流れる間殆んど変化しないような位置に定め
られ、次式で示されるエネルギー変換関係が与えられる
。Ｅ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）ここで、Ｅは付加された電圧、Ｌは主巻線のインダクタ
ンス、及びｉは主巻線の電流である。前述の関係が有効
になるのは、電流値（ｉ＋Ｉ）が主巻線の＋端子から流
れるとき、電流Ｉｘが補助巻線の＋端子に流れるとき、
及び主巻線のＩの部分が補助巻線の電流によって、ＮＩ
−ＮｘＩｘ＝０となるように補償又は補正（ｃｏｍｐｅ
ｎｓａｔｅ）されるときである。合成ＭＭＦは主巻線電
流ｉの部分にのみ従属性を有する。これは、トランスフ
ォーマでは周知のことであり、一次電流及び二次電流は
互いに補正され、一方巻線の電圧は励起電流によって維
持される。

【００２３】本発明に係るシステムにあっては、主巻線
は回路の結合点間に接続され、接続された巻線を通じて
電流が強制的に流される。回路図では、磁束を形成する
ための部分を図１１に示している。回路図には、直流電
圧源Ｅｓと、インダクターＬｓが含まれている。主巻線
（１１）が端子（１３＋）及び（１３−）の間に接続さ
れると、インダクターのコイルが励磁され、端子（１３
＋）に電流が流される。巻線（１１）からの電流がない
とき、インダクターＬｘの巻線の電圧は増加し、インダ
クターのコア内にＭＭＦを維持する傾向にある。インダ
クターの電圧極性は、図１１の括弧内に示される。Ｌｓ
にかかる電圧が瞬間的に上昇すると、主巻線（１１）に
かかる電圧が上昇し、同様に補助巻線（１１ｘ）の電圧
も上昇する。補助巻線の端子間の電圧は、一対の整流器
（１１Ｃ）（１１Ｄ）が前方にバイアスされて電流が補
助巻線を流れ始めるまで上昇する。補助巻線の電流は巻
線の＋端子に流れ、主巻線によって作られる磁束とは反
対向きの磁束が作られて、主巻線の電流もまた上昇する
。

【００２４】主巻線と補助巻線はトランスフォーマとし
ての作用を開始する。変電が行なわれる間、フェーズの
動作は、インダクターによって主巻線に供給される一定
の電流と、補助巻線の端子間電圧（この電圧によって主
巻線の電圧が決まる）と、主巻線電流の一部によって励
磁される上昇磁束とによって決められる。

【００２５】一次電流としての主巻線電流は、励磁電流
ｉと電流Ｉの２つの電流の和であり、Ｎｉ−ＮｘＩｘ＝
０となるように補助巻線電流によって補正されている。

【００２６】励磁電流は主巻線の端子間のバック起電力
（ＥＭＦ）を誘導する磁束を維持する。それは、前述の
関係式に基づいて上昇し、主巻線を流れる全電流を増加
させる傾向にある。しかし、インダクターに加えられる
電圧によって一定の電流に維持されるため、インダクタ
ーの電圧は僅かに小さくなる。また主巻線及び補助巻線
の電圧についても同様である。これによって、整流器は
対にして前方にバイアスされ、整流器から補助巻線電流
が送られ、主巻線におけるインダクター電流と励磁電流
との間の差異は直ちに補正される。主巻線に直流電圧が
加えられた後、励磁電流はゼロとなり、主巻線を流れる
全電流は、補助巻線の電流によって補正される。励磁電
流は、主巻線の電圧に対応して上昇し、実際にも補助巻
線の電圧及び巻線のインダクタンスに対応して上昇する
。主巻線の励磁電流の上昇は、前述した通り、励磁電流が
インダクター電流に等しくなるまで行なわれる。主巻線
の動作は一定の電流で継続して行なわれ、補助巻線によ
る変電（ｐｏｗｅｒ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ）は行
なわれない。フェーズ電流は励磁電流に等しい。ロータ
が上昇インダクタンスの領域に入り込む前に、所望の位
相電流を得ることは妥当なようである。これは、最大エ
ネルギーを供給し、巻線によって変換され、図６に示す
所定電流となるからである。前述したフェーズ動作によ
って、主巻線の任意の電流値を瞬間的に作ることができ
る。

【００２７】外部インダクターを流れる電流は、バック
ＥＭＦの平均電圧値と、加えられた電圧の平均値との差
異によって変化するけれども、ここでは一定であると仮
定する。しかしながら、主巻線電流が変化すると、主巻
線電流を作るのに必要な時間よりも長い時間が必要とな
る。

【００２８】１つのグループのフェーズが同じ直流電圧
源によって引き続いて励磁され、各々の主巻線は、直列
に接続された夫々のスイッチによって当該電圧源の端子
間に接続される。スイッチは、任意の時間で１つだけが
導電性となるようにしている。励磁された主巻線のバッ
ク起電力の波形にはむらがあり、公知のシステムの場合
、一定電流が得られるのは高速の電流チョッパーを用い
たときのみである。主巻線の電流を瞬間的に作り上げる
ことができること、また電力変換器のタイミングによっ
て、１グループ内のフェーズを励磁する電流の流れが遮
断されないようにすることができる。従って、電流は外
部インダクターを流れることもできるし、及び／又は同
じ電流によって他のグループのフェーズを励磁すること
もできる。追加のインダクタンスによって、励磁電流を
略平坦化することができる。従来の制御整流器によって
外部インダクターに電力供給される直流式分巻モータの
場合と同じ様に、励磁源（ｅｎｅｒｇｉｚｉｎｇ　ｓｏ
ｕｒｃｅ）の電圧と、励磁された巻線のバック起電力と
の間の差異が補正される。

【００２９】これが本発明にかかる駆動システムの基本
的な特徴であり、従来のシステムと比べて大きな利点を
提供するものである。

【００３０】追加のインダクターのインダクタンスは、
どんなに高い値でもよく、インダクターによって電流変
動が所定の限界内に入るようにすることができる。この
ため、励磁源の電圧と、バック起電力の電圧との差異に
よって、前述したシステムに実質的な利点を提供するこ
とができる。

【００３１】ＶＲモータの巻線を励磁するための直流電
源は、直流（ＤＣ）モータの励磁に使用される電力変換
器であれば、従来から使用されているどんな変換器でも
構わない。

【００３２】ＶＲモータは、このような供給源によって
全ての速度範囲を励磁しても過電流を生じることはなく
、従って低速度の動作に対して非常に有用である。ＶＲ
モータの速度とトルクは、励磁電源の電圧と電流に夫々
関連づけられており、その関係は従来のＤＣモータの動
作を規定しているものと同様である。このため、電源の
制御によってＶＲモータを励磁し、速度フィードバック
ループ若しくはトルクフィードバックループの何れか一
方を実行し、又は速度及びトルクの両フィードバックル
ープを実行するが、この制御は、ＤＣモータを励磁する
電源の制御と同様である。電源の動作に関連のある電気
パラメータとして、モータ速度、電源の端子間の電圧、
及びモータ巻線の励磁電流が挙げられる。主巻線の何れ
か１つを流れる励磁電流は、ただ１つの電流センサーに
よって検出される。

【００３３】定電流の取扱いは、ピーク電流よりもスイ
ッチ装置の方が容易であり、これはスイッチ装置がトラ
ンジスターのときに特に取扱いが容易である。バック起
電力の関連パラメータはその大部分が平均値であるから
、モータの動作点は高い磁気飽和点の領域にあって、バ
ックＥＭＦは小さくなる。飽和したモータは、未飽和の
ものよりも同じｋＷ出力に対するｋＶＡは少なくてすむ
。

【００３４】広く知られたＶＲ駆動装置においては、バ
ックＥＭＦが減少すると、ランナウェイ電位状態になっ
て、スパイク電流に向かう傾向が整流作用（ｃｏｍｍｕ
ｔａｔｉｏｎ）又は電流チョップのどちらかによって防
ぐことができる。本発明のシステムの場合、電流は、モ
ータを励磁する電源電圧の調節によってコントロール維
持される。従って、スイッチ装置を導電性にする制御手
段は、回転位置センサーにのみ関係し、巻線を流れる電
流値とは無関係である。従って、制御手段は簡単である
。

【００３５】バックＥＭＦの波形の大部分は励磁電流の
波形に影響を与えないので、ＶＲモータの構造は、主と
して、所定通り変換されて蓄えられたエネルギーを求め
る磁化曲線に関係する。三相のＶＲモータの場合、二相
ＶＲモータの場合と同じように、フェーズは１つのグル
ープを構成する。その回路図を図１３に示す。回路には
、主巻線（１１）（２２）（３３）、夫々直列接続され
たスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、端子Ｓ＋、Ｓ−を有する
調節可能な電源、及びインダクターＬｓが含まれている
。

【００３６】電源Ｅｓは、対の出力端子間に、調節可能
な単方向性電圧（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｖｏ
ｌｔａｇｅ）を作り出すことができさえすれば公知のど
の電源を用いてもよい。端子Ｓ＋及びＳ−の間を電流は
絶えず流れる。機械的負荷が一定のとき、電源端子間の
平均電圧の変化は、速度の変化に略比例する。主巻線を
流れる電流の波形を、夫々のインダクター曲線と共に夫
々図１７、図１８及び図１９に示している。

【００３７】主巻線の波形を図２０に示しており、その
補助巻線の波形を図２１に示している。図示の電流波形
は、フェーズ数の異なる駆動装置のときも同じである。

【００３８】各補助巻線には整流器が付属するが、整流
器の接続方法は異なる。図１４及び図１６に２つの例を
示す。両回路とも、補助巻線から直流電圧源にエネルギ
ーの流れを供給する。この電圧源はダンプ源と呼ばれ、
一対の端子（陽極端子Ｄ＋と陰極端子Ｄ−）を有してい
る。

【００３９】図１４に示す回路には、補助巻線（１１ｘ
）（２２ｘ）（３３ｘ）、及び単一ブロックＲ１、Ｒ２
、Ｒ３で示す付属整流器が含まれている。適当なダンプ
源を自由に処理できないときは、キャパシターＣｄが含
められる。このキャパシターはダンプキャパシターと呼
ばれる。図示の回路は、端子間の電圧値に可逆的なエネ
ルギー流をもたらすことに特徴がある源を自由に処理で
きる（ａｔ　ｄｉｓｐｏｓａｌ）場合に適している。こ
れは、モータがバッテリーによって作動する場合であり
、もしそうでないと、キャパシターＣｄはダンプ源とし
て作動し、キャパシターに蓄積されたエネルギーは再循
環してモータに戻される。整流作用、即ちスイッチング
オンした後、直ちに２つの補助巻線から電流が運ばれ、
両電流ともダンプ源に流れ込む。図１３及び図１４に示す回路は、三相ＶＲモータの制御
回路を構成する。図１３、図１５及び図１６に示す回路
は、３つの単相ＶＲモータの制御回路を構成する。図１
６に示す回路には、補助巻線（１１ｘ）（２２ｘ）（３
３ｘ）が含まれており、夫々整流器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を
備え、各整流作用の後に３つの補助巻線のうち任意の２
つに同じ電流が流れるようにしている。また、陽極端子
Ｄ＋及び負極端子Ｄ−の両端子間の電圧は、２つの補助
巻線に送られる電流の電圧の絶対値の代数和として近似
される。

【００４０】付属整流器Ｒ１、Ｒ２及びＲ３によって、
電流は可変磁束を捕える補助巻線だけを流れ、付属の主
巻線の電流変化と相関関係を有す。そうしないと、この
整流器によって、他の補助巻線を流れる電流は励磁して
いない補助巻線に影響を及ぼさない。

【００４１】図１６に示す回路の最も基本的な特徴は、
同じＶＲモータに図１４に示す回路を設けたとき、整流
作用の後直ちにダンプキャパシターに流れ込む電流が、
ダンプ源に流れ込む電流の二分の一にすぎない点にある
。主巻線のターン数が、補助巻線のターン数よりも少な
いか又は等しいとき、ダンプキャパシターに流れ込むリ
ターン電流は、図１３に示す両端子Ｓ＋及びＳ−間を流
れる励磁電流よりも小さいか又は等しい。従って、ダン
プキャパシターから出た電流は、図１３に示す両端子Ｓ
＋及びＳ−の間を、励磁電流の一部又は全部として流れ
るように方向づけられる。キャパシターＣｄの電圧は、
所定範囲内に維持される。

【００４２】リターン電流がキャパシターＣｄの中を流
れるとき、キャパシターの電圧は上昇する。電圧が所定
の値を超えると、キャパシターは前述した要領にて放電
される。放電回路は、ダンプキャパシターＣｄによって
トリガされる一種の逓降式（ｓｔｅｐ−ｄｏｗｎ）直流
−直流電圧（ＳＤ）変換器である。ＳＤ変換器を図１５
に示しており、該変換器は入力端子Ｄ＋、Ｄ−及び出力
端子Ｓ＋、Ｓ−を有している。ＳＤ変換器の入力端子Ｄ
＋及びＤ−は図１６に示す如く、ダンプ源の端子Ｄ＋及
びＤ−に接続され、ＳＤ変換器の出力端子Ｓ＋及びＳ−
は図１３に示す電源の端子Ｓ＋及びＳ−に夫々接続され
る。図１３に示す電源端子Ｓ＋及びＳ−間の電流を一定
にするような要求（ｄｅｍａｎｄ）があると、キャパシ
ターＣｄから放電され、巻数比の条件によっては、キャ
パシター内に蓄えられるエネルギーは殆んどなくなる。この結果、キャパシターは主としてエネルギーの伝達に
使用され、エネルギーの蓄積には使用されないことにな
る。従って、ダンプキャパシターの電解質は、必ずしも
電圧及びキャパシタンス定格値の高いものでなくてよい
。

【００４３】これは、従来のＶＲモータ駆動システムと
比べて、本発明の利点といえるものだる。なぜならば、
ＶＲモータ駆動システムは、従来のシステムでは必要不
可欠の電解キャパシター（コンデンサー）を必要としな
いからである。

【００４４】更に、電解キャパシターの電圧は電子的に
制御され、所定の電圧レベルに維持され、一の相のエネ
ルギーを速やかに放出し、他の相の合成ＭＭＦを速やか
に実行することができる。

【００４５】４相ＶＲモータのフェーズは、２つのグル
ープを構成することができる。一方のグループは巻線（
１１）（３３）を構成し、他方のグループは巻線（２２
）（４４）を構成している。巻線インダクタンスの理想
的波形を図２５〜図２８に示している。ロータがどの位
置にあっても、各グループにはインダクタンスが実質的
に上昇する巻線が含まれている。巻線（１１）（２２）
（３３）（４４）は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４
と夫々直列に接続されている。１グループ中の各主巻線
は、同対の励磁端子間を夫々の直列スイッチによって接
続され、端子間の等価回路はグループの等価ブランチ（
ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ　ｂｒａｎｃｈ）と呼ばれる。２
つの等価ブランチは、図２２に示す如く、直流電源Ｅｓ
の陽極端子Ｓ＋と負極端子Ｓ−との間に直列接続される
。電源Ｅｓは、対の端子間に調節可能な直流電圧を供給で
きる電源であれば、従来のどんな電源を用いても構わな
い。

【００４６】電流が端子間を流れ、２つのグループのフ
ェーズを励磁すると、同じ電流が追加の外部インダクタ
ンスを流れることができる。この場合、２つの等価ブラ
ンチと追加のインダクターは直列接続される。従って、
４相モータのフェーズを励磁する電力コンバータは種々
の形態をとることができる。図２２に示す回路図は、４
相モータの主巻線を励磁するための回路の一実施例にす
ぎない。なお、この実施例では、励磁電源の両端子間に
は、２つの等価ブランチが直列接続されている。図２２
に示す回路図の動作は、電源電圧の大きさ、励磁された
２つの主巻線のバックＥＭＦの代数和、及び同じ励磁電
流を送る２つの主巻線のインダクタンスの和によって決
められる。図２５〜図２８に示す巻線インダクタンスを
有するＶＲモータは巻線インダクタンスが直線的に上昇
しており、このモータのバックＥＭＦの代数和は、上部
が平らな曲線であり、これは理想的な平坦化直流電圧を
作り出すための電源としては理想的なものである。実際
の世界では、このような巻線インダクタンス曲線を有す
るモータは、通常は前記のものと異なる。しかし、励磁
電流を送る巻線インダクタンスの和によって、２つの直
列接続された主巻線のうち平坦でないバックＥＭＦと同
様に、モータを実質的に定常電流で作動させる。追加の
インダクターを他の等価ブランチと直列接続することに
よって、励磁電流の変動を小さくし、追加インダクター
のインダクタンスの値を高くして電流変動が所定範囲内
に入るようにすることができる。

【００４７】図２３に示す回路によって、４相ＶＲモー
タの補助巻線からエネルギーを流すことができる。回路
には、補助巻線（１１ｘ）（２２ｘ）（３３ｘ）（４４
ｘ）が含まれ、各巻線は夫々整流器Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、
Ｒ４を設けており、補助巻線から、陽極端子Ｄ＋及び陰
極端子Ｄ−を有するダンプ源にエネルギーが伝達される
。

【００４８】図２４に示す回路は、図２３に示す回路と
同じ動作を実行できる。該回路には、補助巻線（１１ｘ
）（２２ｘ）（３３ｘ）（４４ｘ）が、２グループのフ
ェーズに対応して整流器Ｒ１及びＲ２と共に含まれ、更
にダンプ源の陽極端子Ｄ＋及び負極端子Ｄ−が含まれて
いる。回路は１グループの動作に関するセクションを示
しており、当該セクションには、補助巻線（１１ｘ）（
３３ｘ）、整流器Ｒ１、Ｒ２、及びダンプ源の端子Ｄ＋
、Ｄ−が含まれている。この例では、該グループが２つ
のフェーズから構成されるとき、１グループのフェーズ
の巻線が、ダンプ源を有する整流器の１つだけとどのよ
うに接続することができるかを示している。

【００４９】主巻線の巻数と補助巻線の巻数と等しいと
き、リターン電流は、整流作用の後直ちに、図２２に示
すように直流電圧の端子間を流れる電流に等しくなり、
その後ゼロまで減少する。この場合、補助巻線の端子間
の電圧は、図２２に示すように、主巻線を励磁するため
の電源Ｅｓの両端子Ｓ＋及びＳ−間の電圧よりも小さい
か又は等しくなる。なお、図２２に示すように、電源の
端子Ｓ＋及びＳ−は、ダンプ源の両端子Ｄ＋及びＤ−に
もなり得る場合、図２２に示す両端子Ｓ＋及びＳ−は、
ダンプ源の両端子Ｄ＋及びＤ−に夫々直接接続できるこ
とを意味している。これは、図２３に示す回路を選択し
ても、また図２４に示す回路を選択しても同じである。

【００５０】前述した駆動装置の基本的な利点は、エネ
ルギーの蓄積にキャパシターを必要とせず、またインダ
クターを追加して設けなくても、供給される電流は殆ん
ど一定である点にある。キャパシターなしで駆動させる
と、キャパシター損失及びキャパシターとの間のエネル
ギー伝達によるエネルギーロスは少なくなる。

【００５１】４相モータにおけるスイッチ手段の端部図
を図２９に示している。該スイッチ手段には、電気絶縁
体（５）がモータ軸に取り付けられている。切換えを行
なうスリップリングは、絶縁体（５）に固定された導電
部（６）（ハッチングで示す）と、非導電性の６つのセ
グメント（７ａ）（７ｂ）（７ｃ）（７ｄ）（７ｅ）（
７ｆ）とから構成される。要素（５）及び（６）は、セ
グメント（７ａ）〜（７ｆ）と共に、ロータと回転する
。ブラシホルダーＢＨ１、ＢＨ２、ＢＨ３及びＢＨ４は
固定子ハウジング上に固定され、電気的に絶縁されてい
る。ブラシＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４は、従来のブラシ
モータに使用されているブラシであり、各ブラシは夫々
の主巻線に接続される。各ブラシは導電性セグメント（
６）と周期的に接触し、ロータの任意位置で、ブラシＳ
１及びＳ３の１つと、ブラシＳ２及びＳ４の１つとが、
導電性セグメント（６）と接触する。各々の非導電性セ
グメントの角度位置と、各ブラシホルダーの位置は、各
ブラシが導電領域（６）と接触するように選択される。一方、ブラシに接続された夫々の主巻線のインダクタン
スは、ロータの所定方向への回転と共に増大する。

【００５２】ブラシＳ１、Ｓ２、Ｓ３及びＳ４は、夫々
、配線Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３及びＢ４によって、図２９に示
すように主巻線（１１）（２２）（３３）（４４）の１
つの端子に夫々接続される。巻線（１１）及び（３３）
の他方側が、励磁するための直流電圧電源の陽極端子に
接続され、巻線（２２）及び（４４）の他方側が図２９
に示す如く電源の負極端子に接続されるとき、主巻線（
１１）又は（３３）のどちらか一方と、主巻線（２２）
又は（４４）のどちらか一方を流れる励磁電流が磁束を
励起してトルクを発生させ、図示のモータを時計方向に
回転させる。

【００５３】前述のように、スリップリングの切換え作
用によって、ソリッドステートスイッチは不要になる。ダンプ源の両端子が、前述したように、励磁源の両端子
に直接接続され、補助巻線に付属する整流器が固定子ハ
ウジングに取り付けられると、切換えスリップリングを
備えた４相ＶＲモータは、たった２本の配線によって励
磁電源に接続される。

【００５４】実施例に基づいて本発明を詳細に説明した
が、前記実施例は単に例示的なものであって、当該分野
の専門家であれば特許請求の範囲に規定された本発明の
範囲から逸脱することなく種々の変形をなすことはでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＶＲモータの端面図であって、該モータの当該
セクションには、一対の固定子極、一対の主巻線コイル
、一対の補助巻線コイル、及びロータが図示位置にある
ときに固定子の極に最も近い位置にある一対のロータ極
が含まれており、主巻線及び補助巻線は断面を示してい
る。

【図２】ＶＲモータの端面図であって、該モータの当該
セクションには、一対の固定子極、一対の主巻線コイル
、一対の補助巻線コイル、及びロータが図示位置にある
ときに固定子の極に最も近い位置にある一対のロータ極
が含まれており、主巻線及び補助巻線は断面を示してい
る。

【図３】一対の主巻線のうちの一の巻線（１１）と、一
対の補助巻線のうちの一の巻線（１１ｘ）を示す図であ
って、主巻線の＋端子から流れ出る電流によって、補助
巻線の＋端子から流れ出る電流が作る磁束にオーバラッ
プする磁束が作られる。

【図４】磁気材料が飽和していないロータ位置に対応す
る磁化曲線を示すグラフである。

【図５】磁気材料が飽和しているロータ位置に対応する
磁化曲線を示すグラフであって、フェーズから電流Ｉが
送られるとき、所定のロータ位置における蓄積エネルギ
ー量をハッチングで表わしている。

【図６】ロータが２位置間を移動する間、定常電流を送
るフェーズによって変換された機械エネルギーを示すグ
ラフであって、磁化曲線をａ及びｂで示し、変換された
エネルギー量をハッチングで示している。

【図７】電圧の極性によってフェーズの動作を説明する
図であって、主巻線に直流電圧が加えられ、かつ、補助
巻線から電流が送られないときにおける電流の極性を括
弧内に示している。

【図８】電圧の極性によってフェーズの動作を説明する
図であって、主巻線に直流電圧が加えられ、かつ、補助
巻線から電流が送られないときにおける電流の極性を括
弧内に示している。

【図９】蓄積されたエネルギーが補助巻線によって放電
されるとき、そのときのフェーズの動作を説明する図で
ある。

【図１０】蓄積されたエネルギーが補助巻線によって放
電されるとき、そのときのフェーズの動作を説明する図
である。

【図１１】電力が主巻線に伝達され、同時に補助巻線か
ら出ていくとき、そのときのフェーズの動作を説明する
図である。

【図１２】電力が主巻線に伝達され、同時に補助巻線か
ら出ていくとき、そのときのフェーズの動作を説明する
図である。

【図１３】三相ＶＲモータの主巻線を励磁するための制
御回路図である。

【図１４】三相ＶＲモータの補助巻線から電力伝達を可
能ならしめる整流回路の一実施例である。

【図１５】端子をつけた直流電圧−直流電圧変換器の説
明図である。

【図１６】三相ＶＲモータの補助巻線から電力伝達を可
能ならしめる整流回路の他の実施例である。

【図１７】三相ＶＲモータの主巻線を流れる電流の波形
図である。

【図１８】三相ＶＲモータの主巻線を流れる電流の波形
図である。

【図１９】三相ＶＲモータの主巻線を流れる電流の波形
図である。

【図２０】ＶＲモータの主巻線及び補助巻線を流れる電
流の波形図である。

【図２１】ＶＲモータの主巻線及び補助巻線を流れる電
流の波形図である。

【図２２】４相ＶＲモータの主巻線を励磁するための制
御回路図である。

【図２３】４相ＶＲモータの補助巻線からの電力伝達を
可能ならしめる回路の一実施例である。

【図２４】４相ＶＲモータの補助巻線からの電力伝達を
可能ならしめる回路の他の実施例である。

【図２５】４相ＶＲモータの主巻線を流れる電流の波形
と、該巻線のインダクタンス曲線を示すグラフである。

【図２６】４相ＶＲモータの主巻線を流れる電流の波形
と、該巻線のインダクタンス曲線を示すグラフである。

【図２７】４相ＶＲモータの主巻線を流れる電流の波形
と、該巻線のインダクタンス曲線を示すグラフである。

【図２８】４相ＶＲモータの主巻線を流れる電流の波形
と、該巻線のインダクタンス曲線を示すグラフである。

【図２９】４相モータの主巻線を励磁するためのスイッ
チ手段として機能するスリップリングの端面図である。

【符号の説明】

（２）　　ロータ（３）　　軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　主巻線と補助巻線を備え、主巻線は励
磁区間を表わす直線形波形の励磁電流を伝達し、補助巻
線は互いに反対向きの第１スパイクドパルスと第２スパ
イクドパルスを伝達するようにしており、各パルスは所
定の励磁区間に対応して瞬間的な立上り部を有している
電動機駆動装置。
【請求項２】　　第１スパイクドパルスの立上り部は、
励磁区間の上昇部に対応し、第２スパイクドパルスの立
上り部は、励磁区間の下降部に対応している請求項１に
記載の装置。
【請求項３】　　フェーズ数がｎ個（但し、ｎは１より
も大きいか１に等しい）であって、各フェーズは、主巻
線と、該主巻線に磁気結合した補助巻線を備えた可変磁
気抵抗モータであって、該モータは更に、ロータの任意
位置でロータの一方向への動きによって巻線のインダク
タンスが上昇する少なくとも１つのフェーズを有し、モ
ータの複数フェーズが１又は２以上のグループを形成す
る場合、各グループは、ロータの所定方向への動きによ
って巻線のインダクタンスが上昇する少なくとも１つの
フェーズを含み、各フェーズは１つのグループにのみ属
するようにしている、可変磁気抵抗モータと、モータを
励磁し、端子間に単極電圧を供給するために設けられた
調節可能な直流電圧電源であって、端子間には、グルー
プの等価ブランチ及び直列接続された外部インダクター
が接続されるか、又は互いに直列接続された夫々のグル
ープの等価ブランチが２つ接続されるか、又は夫々のグ
ループの等価ブランチが２つとさらに直列接続された外
部インダクターが接続される、調節可能な直流電圧電源
と、主巻線と直列接続された夫々のスイッチ手段を含み
、各主巻線に単極励磁電圧を加えるための回路手段であ
って、フェーズの各グループは、一対の端子の間に該グ
ループの各主巻線と夫々のスイッチ手段が接続され、こ
こで端子間の等価回路はグループの等価ブランチと称す
るものとし、制御手段によって、１つのグループのフェ
ーズが１つずつ、かつ任意の時間では１つだけが導電性
となるようにスイッチ手段をコントロールし、各フェー
ズは端子の励磁中は導電性とし、励磁は、夫々の巻線の
インダクタンスが略最小値となるロータ位置でスタート
し、同じグループの他のフェーズが略最小値にあって励
磁されるロータ位置位置で終了するようにした、回路手
段とから構成される電気駆動装置。
【請求項４】　　直流電圧電源が、対応する補助巻線か
ら伝達される電流のシンクである場合、前記電源はダン
プ源と称され、陽極及び陰極の一対の端子が設けられて
おり、回路手段は、各々の補助巻線に夫々連繋され、補
助巻線から対応するダンプ源にエネルギーの流れを可能
ならしめており、回路手段に２対の自由整流器が含まれ
る場合、第１の対の整流器のカソードは、対応するダン
プ源の陽極端子に接続され、そのアノードは補助巻線の
端子に夫々接続されており、第２の対の整流器のアノー
ドは対応するダンプ源の陰極端子に接続され、そのカソ
ードは補助巻線の端子に夫々接続されている、請求項３
に記載の装置。
【請求項５】　　複数のフェーズからなるグループは、
各グループはフェーズを２つだけ含んでおり、さらに直
流電圧電源を含み、該電源は１つのグループ内のフェー
ズの補助巻線から伝達された電流のシンクであり、電源
はダンプ源と称され、陽極及び陰極の一対の端子が設け
られており、回路手段は１つのグループ内におけるフェ
ーズの一対の補助巻線に連繋され、補助巻線から対応す
るダンプ源にエネルギーの流れを可能ならしめており、
一対の補助巻線が直列接続される場合、巻線を流れる電
流は１つの巻線の中に、主巻線を流れる励磁電流によっ
て作り出された磁束とは向きが反対の磁束を形成し、補
助巻線の端子が他の巻線とは直列接続されずに自由端子
と称される場合であって、当該自由端子が夫々２対の自
由整流器に接続される場合、第１の対の整流器のカソー
ドは、対応するダンプ源の陽極端子に接続され、そのア
ノードは前記端子に夫々接続されており、第２の対の整
流器のアノードは対応するダンプ源の陰極端子に接続さ
れ、そのカソードは補助巻線の端子に夫々接続されてい
る、請求項３に記載の装置。