JPH09117183A

JPH09117183A - 動力発生装置

Info

Publication number: JPH09117183A
Application number: JP7269670A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Asada; 和彦麻田; Hidekazu Yamashita; 秀和山下; Hideki Omori; 英樹大森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】平滑フィルタを使用せずとも、インバータ等
への流入電流を制限しつつ良好な回転を得ることであ
る。【解決手段】制御回路１００は、位置検知手段である
ホールＩＣ６６等の出力とＰＷＭ回路８１からの出力の
論理積によって各スイッチング素子６９等をオンオフさ
せ、ＰＷＭ回路８１は交流電源５３の電圧の瞬時値を検
知し、その値が高い時に出力の導通比率を小とし低い時
に導通比率を大とする。従って、インバータ５５の入力
電圧にリプルがあるにも関わらず、巻線に印加される電
圧は、等価的に略一定値となり、スイッチング素子６９
等の過電流を防ぐとともに、良好な動作を行わせること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用および産業
用に使用されるモータやリニアモータなど、機械的にパ
ワーを取り出して負荷に供給する装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の一般にＤＣブラシレスモ
ータと呼ばれる動力発生装置の回路図を図１１に示す。
図１１の動力発生装置は、一般に固定子と呼ばれる第１
の物体１と、第１の物体１の内側に回転自在に設けら
れ、一般に回転子と呼ばれる第２の物体２を有してい
る。第２の物体２は、永久磁石３、永久磁石４、磁性体
５、出力軸６により成り立っていて、永久磁石３は磁性
体５の表面にＮ極が外側になるように接着されており、
永久磁石４は磁性体５の表面にＳ極が外側になるように
接着されている。出力軸６は、磁性体５の中心に取り付
けられていて、回転の動力を外部の機械的な負荷に取り
出すために設けられている。

【０００３】第１の物体１は、鉄心７、巻線８ａ〜１０
ｂによって構成されており、これらの巻線８ａ〜１０ｂ
はいずれも、第２の物体２が回転した場合、永久磁石３
および永久磁石４が発生する磁束を受ける位置に巻か
れ、巻線８ａと巻線８ｂ、巻線９ａと巻線９ｂ、及び巻
線１０ａと巻線１０ｂはいずれも直列に接続されてい
る。鉄心７は、磁気回路の磁気抵抗を減らす作用をする
もので、永久磁石３および永久磁石４から発生する磁束
が巻線８ａ〜１０ｂに作用する際、その磁束を大にする
作用をしている。

【０００４】交流電源１１は、１００Ｖ６０Ｈｚで、一
般に商用電源とも呼ばれるものである。交流電源１１の
出力は、全波の整流回路１２に接続されている。整流回
路１２は、ダイオード１３〜１６によって構成され、交
流電源１１の全波整流波形を出力するものである。イン
バータ１７は、整流回路１２の出力に接続されていて、
一般に３相インバータと呼ばれる構成となっている。イ
ンバータ１７は、トランジスタ１８〜２３、ダイオード
２４〜２９によって構成されている。また、フィルタ回
路４０は、電解式の平滑コンデンサ４１とチョークコイ
ル４２によって構成され、整流回路１２の出力電圧をリ
プルの少ないほぼ完全な直流にすることができるものと
なっている。

【０００５】制御回路３０は、駆動回路３１と、論理回
路３２によって構成され、各トランジスタのベース端子
は、すべて駆動回路３１に接続されている。位置検知手
段は、第２の物体２上に設けられたホールＩＣ３４〜３
６によって構成されていて、第２の物体２が回転運動す
る際、永久磁石３および永久磁石４の位置を検知して電
気的に出力するものである。論理回路３２は、位置検知
手段であるホールＩＣ３４〜３６からの信号を受け、そ
れに応じて各トランジスタのオンオフ信号を作り出す仕
組みとなっている。

【０００６】以上の構成により、従来の技術の動力発生
装置は、第２の物体２の回転に応じて、位置検知手段で
あるホールＩＣ３４〜３６から信号が出力され、その信
号によって論理回路３２からＨＩＧＨ又はＬＯＷ信号が
出力され、その信号によって駆動回路３１が作用し、Ｈ
ＩＧＨ信号の場合には、当該トランジスタにベース電流
を供給してオンさせ、ＬＯＷの場合には、ベースに逆バ
イアスを印加してオフ状態とさせる。

【０００７】それによって、電流が所定の巻線に供給さ
れ、その巻線は永久磁石３または永久磁石４の磁束と作
用して、力を発生し、永久磁石３と永久磁石４は、その
反作用でトルクを生み、出力軸６からそのトルクを取り
出すことができる。外部の負荷はそのトルクで回転運動
を起こし、第２の物体２もそれと連動して回転運動を行
うが、ある角度だけ回転すると、位置検知手段であるホ
ールＩＣ３４〜３６の作用により、論理回路３２への信
号が変化し、論理回路３２の出力も変化して、インバー
タ１７を構成する各トランジスタ１８〜２３のオンオフ
状態の変化が起こる。従って、各巻線への電流供給状態
が変化し、再び永久磁石３および永久磁石４からトルク
が発生するようになる。

【０００８】このような動作を繰り返すことにより、従
来の技術の動力発生装置は、出力軸６から連続的に機械
的な回転パワーを外部の負荷に供給することができるも
のである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、インバータ１７に入力される電圧波形を
十分に平滑するため、平滑コンデンサ４１の静電容量が
非常に大きくする必要が発生し、また交流電源１１から
供給される電流の高調波成分が大きくなるという欠点を
改善するために、チョークコイル４２のインダクタンス
は十分大きなものが必要となることから、平滑コンデン
サ４１とチョークコイル４２で構成されたフィルタ回路
４０は、非常に形状が大きく、重量も大であり、コスト
的にも非常に高価なものとなっていた。従って、チョー
クコイル４２および平滑コンデンサ４１が不十分な場合
には、インバータ１７の入力電圧のリプルが大きくな
り、そのピーク付近では、インバータ１７を構成するス
イッチング素子６９等および巻線６０ａ等に大きな電流
が流れて、これらの構成部品を破壊することがあり、一
方ボトム付近においては、電流値が小となって、機械的
出力（トルクまたは推力）が十分に取り出せない問題が
あった。

【００１０】また、前記インバータ１７の入力電圧のボ
トム付近において、特に巻線６０ａ等に発生する誘導起
電力よりもインバータ１７の入力電圧が小となる期間に
おいては、インバータ１７を動作させていても巻線６０
ａ等とインバータ１７の間を電力が行き来するムダな動
作を起こすことから、効率が低下してしまうという問題
も有していた。

【００１１】本発明は、このような従来の課題を解決す
るものであり、大容量の平滑コンデンサを設けることな
く、小形で低コストながら十分な性能を発揮する動力発
生装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の一つの手段は、巻線を有する第１の物体と、
前記第１の物体に対して相対的に可動し、前記巻線に磁
束が作用するように位置した永久磁石を有する第２の物
体と、前記永久磁石の位置を検出する位置検知手段と、
略正弦波電圧を出力する交流電源と、前記交流電源を全
波整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続され
前記巻線に接続された少なくとも１個のスイッチング素
子を有するインバータと、ＰＷＭ回路及びその出力と前
記位置検知手段の論理積に応じて前記スイッチング素子
をオンオフ制御する論理回路を有する制御回路とを備
え、前記ＰＷＭ回路は、前記交流電源電圧の瞬時値に応
じて導通比率を制御してなるものである。

【００１３】また他の手段は、巻線を有する第１の物体
と、前記第１の物体に対して相対的に可動し、前記巻線
に磁束が作用するように位置した永久磁石を有する第２
の物体と、前記永久磁石の位置を検出する位置検知手段
と、略正弦波電圧を出力する交流電源と、前記交流電源
を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力に接続
され前記巻線に接続された少なくとも１個のスイッチン
グ素子を有するインバータと、波形発生回路、ＰＷＭ回
路及び前記ＰＷＭ回路の出力と前記位置検知手段の論理
積に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する論
理回路を有する制御回路とを備え、前記波形発生回路は
前記交流電源と同期したリプル波形を出力し、前記ＰＷ
Ｍ回路は、前記波形発生回路の出力電圧の瞬時値に応じ
て導通比率を制御してなるものである。

【００１４】更に、別の手段として、巻線を有する第１
の物体と、前記第１の物体に対して相対的に可動し、前
記巻線に磁束が作用するように位置した永久磁石を有す
る第２の物体と、前記永久磁石の位置を検出する位置検
知手段と、略正弦波電圧を出力する交流電源と、前記交
流電源を全波整流する整流回路と、前記整流回路の出力
に接続され前記巻線に接続された少なくとも１個のスイ
ッチング素子を有するインバータと、電源電圧検知回路
及びその出力と前記位置検知手段の論理積に応じて前記
スイッチング素子をオンオフ制御する論理回路を有する
制御回路とを備え、前記電源電圧検知回路は、前記交流
電源電圧の瞬時値に応じて出力の有無を制御してなるも
のである。

【００１５】更に、もう一つの別の手段として、巻線を
有する第１の物体と、前記第１の物体に対して相対的に
可動し、前記巻線に磁束が作用するように位置した永久
磁石を有する第２の物体と、前記永久磁石の位置を検出
する位置検知手段と、略正弦波電圧を出力する交流電源
と、前記交流電源を全波整流する整流回路と、前記整流
回路の出力に接続され前記巻線に接続された少なくとも
１個のスイッチング素子を有するインバータと、波形発
生回路及びその出力と前記位置検知手段の論理積に応じ
て前記スイッチング素子をオンオフ制御する論理回路を
有する制御回路とを備え、前記波形発生回路は、前記交
流電源電圧の瞬時値に応じて出力の有無を制御してなる
ものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、ＰＷＭ回
路及びその出力と位置検知手段の論理積に応じてスイッ
チング素子をオンオフ制御する論理回路を有する制御回
路を備え、前記ＰＷＭ回路を、交流電源電圧の瞬時値に
応じて導通比率を制御するように構成したことにより、
一般にチョークコイルや大容量の平滑コンデンサなどに
よって構成される別段のフィルタ回路（重量および形状
が大となる）を使用せずとも、前記ＰＷＭ回路が前記イ
ンバータ入力電圧に適した導通比率を前記交流電源の出
力の瞬時値に応じて、前記瞬時値が高い時には導通比率
を小さく、前記瞬時値が低い時には導通比率を大きくす
ることから、前記巻線に印加される電圧の等価的な値で
ある瞬時値と導通比率の積が、ほぼ一定値に保たれる。
従って、前記巻線に流入する電流と前記スイッチング素
子に流れる電流、および発生するトルク波形について
は、その一定の値となり、したがって前記インバータの
入力電圧にかなりのリプルがありながらも、スイッチン
グ素子や巻線の電流の許容容量値以内に抑えつつ、良好
に装置を運転することが可能となるものである。

【００１７】請求項２記載の発明は、波形発生回路をＰ
ＷＭ回路の前段に設け、前記ＰＷＭ回路の出力と位置検
知手段の論理積に応じてスイッチング素子をオンオフ制
御する論理回路を有する制御回路を備え、波形発生回路
を交流電源と同期したリプル波形を出力するように制御
することにより、前記波形発生回路の設定波形を工夫す
ることによって、最適な特性を発揮させることができ
る。

【００１８】請求項３記載の発明は、交流電源電圧の瞬
時値が、巻線に発生する誘導起電力よりも小さくなるタ
イミングにおいて、インバータを停止状態となるように
制御することにより、当該期間におけるロス電力をなく
し装置の効率を確保することができる。

【００１９】請求項４記載の発明は、電源電圧検知回路
の代わりに波形発生回路を用い、前記波形発生回路の設
定波形を工夫することによって、最適な特性を発揮させ
ることができる。

【００２０】以下その発明の実施の形態について添付図
面を参照しつつ説明する。（実施の形態１）図１において、第１の物体５１と、第
２の物体５２と、交流電源５３と、整流回路５４と、イ
ンバータ５５と、制御回路１００と、位置検知手段であ
るホールＩＣ６６〜６８からなり、第２の物体５２は、
第１の物体５１に対して相対的に回転運動が可能なよう
に設けられ、第１の物体５１は、エナメル線によって構
成した巻線６０ａ〜６２ｂを有していて、巻線６０ａと
巻線６０ｂ、巻線６１ａと巻線６１ｂ、巻線６２ａと巻
線６２ｂはいずれも直列に接続されている。また、第２
の物体５２は、永久磁石６３、永久磁石６４、磁性体６
５で構成されている。整流回路５４は、整流用のダイオ
ード１２０、ダイオード１２１〜１２３によって構成さ
れ、全波整流を行うものである。交流電源５３は１００
Ｖ６０Ｈｚの正弦波の交流電圧を出力するものである。

【００２１】巻線６０ａ〜６２ｂは、永久磁石６３およ
び永久磁石６４の磁束が作用する位置に設けられ、永久
磁石６３および永久磁石６４の位置を検出するものであ
る。インバータ５５は、スイッチング素子６９〜７４、
ダイオード７５〜８０によって構成され、各スイッチン
グ素子は、バイポーラ式のトランジスタで構成してい
る。上下に接続された各スイッチング素子の接続点から
は、それぞれの巻線に接続がなされている。

【００２２】スイッチング素子６９〜７４は、すべて制
御回路１００によってオンオフ制御され、インバータ５
５の入力端子は、整流回路５４の出力に接続され、整流
回路５４は、交流電源５３の出力に接続され、交流電源
５３は１００Ｖ６０Ｈｚの正弦波の交流電圧を出力する
ものである。整流回路５４は、整流用のダイオード１２
０〜１２３によって構成され、全波整流を行うものであ
る。制御回路１００は、ＰＷＭ回路８１と、論理回路８
２を備え、位置検知手段９０からの出力を受け、第２の
物体５２と第１の物体５１の間に向かって反時計方向の
トルクが発生するように、スイッチング素子６９〜７４
のオンオフ制御を行い、かつＰＷＭ回路８１は、交流電
源５３の出力電圧の瞬時値を検知し、また、論理回路８
２は、電圧検知手段８１の出力値が小の際に、スイッチ
ング素子６９〜７４に対して順序よくオンオフ信号を出
力する作用を行うものであり、かつ、ＰＷＭ回路８１か
らの信号がローである場合には、すべてのスイッチング
素子に対して強制的にオフの信号を出力するものであ
る。出力軸１３０は、第２の物体５２の回転を取り出す
ために設けられたもので、磁性体６５の中心に取り付け
られている。

【００２３】以上の構成において、動作の説明を行う。
図２は、図１の動力発生装置の動作波形図である。図２
においては、（ア）は交流電源５３の出力電圧波形、
（イ）はインバータ５５の入力電圧波形、（ウ）は、論
理回路８２の出力の導通比率の波形を示したものであ
る。ここで、（ア）に見られるように、交流電源５３
は、実効値が１００Ｖの正弦波交流である故、ピーク電
圧値は、１４１Ｖである。（イ）のインバータ５５の入
力電圧波形は、（ア）の波形を全波整流したものである
から、１／１２０秒周期でピークが来る波形となる。
（ウ）には、ピーク位相の時刻ｔ１において、交流電源
５３の出力電圧の瞬時値が５０Ｖとなり、導通比率がＰ
ＷＭ回路８１によって３５％に低減されている状態が示
されているものであり、一方ｔ２における導通比率につ
いては１００％という値で設定がなされていることが示
されているものである。本実施の形態においては、交流
電源５３の谷間付近での導通比率については、交流電源
５３の出力の瞬時値の絶対値が６０Ｖ以下の場合には、
１００％となるように設定がなされている。

【００２４】図３は、図１に示した動力発生装置の交流
電源５３の瞬時値がピーク位相となった時刻付近、すな
わち図２のｔ１付近における論理回路８２の出力電圧波
形を示したものである。図３において、（ア）はスイッ
チング素子６９への信号波形、（イ）はスイッチング素
子７０への信号波形、（ウ）はスイッチング素子７１へ
の信号波形、（エ）はスイッチング素子７２への信号波
形、（オ）はスイッチング素子７３への信号波形、
（カ）はスイッチング素子７４への信号波形である。

【００２５】ｔ１においては、ＰＷＭ回路８１の作用に
より、導通比率が３５％となっていることから、
（エ）、（オ）、（カ）の波形は、いずれも２０ｋＨｚ
のキャリア周波数で、ハイの期間の比率が３５％となる
ように、制御がなされている。このように、本実施の形
態においては、３相６石構成のインバータ５５につい
て、そのマイナス側の３石をＰＷＭ回路８１の論理積を
行いながら、各スイッチング素子に対して出力させるこ
とによって、各巻線に印加される電圧値を等価的に、イ
ンバータ５５の入力電圧値に導通比率を乗じたものとす
る作用を行わせることができるものとなっているもので
ある。

【００２６】一方、図４は図２のｔ２付近における論理
回路８２の出力電圧波形を示したものである。図４にお
いても、（ア）はスイッチング素子６９への信号波形、
（イ）はスイッチング素子７０への信号波形、（ウ）は
スイッチング素子７１への信号波形、（エ）はスイッチ
ング素子７２への信号波形、（オ）はスイッチング素子
７３への信号波形、（カ）はスイッチング素子７４への
信号波形を示したものである。ｔ２においては、導通比
率は、ＰＷＭ回路８１の作用により、１００％に設定が
なされていることから、図４においては、図３に示した
様な２０ｋＨｚのキャリアでのＰＷＭが行われることは
なく、（エ）、（オ）、（カ）の信号についても、
（ア）、（イ）、（ウ）と同様の波形となる。

【００２７】以上の様に、交流電源５３の出力電圧の瞬
時値に応じて、ＰＷＭ回路８１が論理回路８２の出力の
導通比率を変化させることから、インバータ５５の入力
電圧は、大きなリプル成分が存在するにも関わらず、各
巻線に等価的に印加される電圧値は、つねにその時点で
の導通比率が乗算されたものとして作用することから、
交流電源５３の位相の内のかなりの期間に渡って、ほぼ
一定の値を各巻線に印加される等価的な電圧値として作
用させることが可能となり、よってインバータ５５を構
成する各スイッチング素子に流れる電流の大きさが、交
流電源５３のピーク位相付近で非常に大きなものとなる
というようなことは発生せず、したがってその過電流に
より各スイッチング素子が破壊したりすることもない。
つまり、インバータ５５の入力電圧に大きなリプル成分
があるにも関わらず、良好に運転がなさせれるものであ
る。

【００２８】一般に、この種の動力発生装置において
は、第１の物体と第２の物体とが相対的に運動している
状態においては、永久磁石から発生する磁束が、巻線を
きるために、巻線には誘導起電力が発生し、その大きさ
は、速度もしくは回転速度に比例する。そこで、インバ
ータからパワーを供給する際には、その誘導起電力に打
ち勝つだけの電圧を印加しなければならないが、本実施
の形態では、交流電源の出力電圧に合わせて、導通比率
をうまく変化させることから、インバータ５５の入力端
子間に別段の平滑フィルタ回路をもうけていない条件に
おいて、その効果が実用上十分な位相範囲で実現がなさ
れ、従って、十分な出力を確保することが可能となるも
のである。

【００２９】また、従来の技術において、用いられてい
た大容量の電解コンデンサなどによる平滑コンデンサ
は、特に高温条件においては寿命が短くなるという性質
のものであったが、本実施の形態においては、平滑コン
デンサを使用しない構成としていることから、高温で装
置を使用する場合にあっても十二分な寿命を得られると
いった効果もある。

【００３０】（実施の形態２）図５において、図１と以
下の点が異なっているが、その他の点については、図１
と同じ構成となっている。制御回路１０１は、論理回路
８２と、波形発生回路２００によって構成されていて、
波形発生回路２００は、マイクロコンピュータを使用
し、交流電源５３の電圧の瞬時値が零となる点を検出
し、その時点から、８．３ミリ秒間の間に、マイクロコ
ンピュータ内に半導体マスクで製造されるＲＯＭ（リー
ドオンリーメモリー）に蓄えられたテーブルを順々に読
み出し、そのディジタル値をＤＡ変換して、論理回路８
２に出力する構成となっている。

【００３１】ＲＯＭに蓄えられているデータは、本実施
の形態では合計４．１７ミリ秒分であり、これを交流電
源５３の出力の瞬時値が零となった時点を起点として、
順序よく読み出していく。データの傾向としては、初め
の１ｍ秒間は１００％で、その後低減カーブを描き、読
み出しをスタートしてから４．１７ミリ秒経た時点で、
交流電源５３の電圧の瞬時値が最高となっている時には
３５％となり、その後マイクロコンピュータは、データ
の読み出し方向を逆とし、４．１７秒から後戻りして読
み出していき、次の零電圧点が検知される頃にほぼデー
タの初めに戻る。ＰＷＭ回路２０１は、波形発生回路２
００からの出力信号によって、２０ｋＨｚのキャリア周
波数にパルス幅変調を加えて、論理回路８２に出力する
作用がある。

【００３２】図６は、図５に示した動力発生装置の動作
波形図であり、結果的には、図２と全く同様の動作波形
となっている。すなわち、（ア）は交流電源５３の出力
電圧波形、（イ）はインバータ５５の入力電圧波形、
（ウ）は、論理回路８２の出力の導通比率の波形を示し
たものであって、（ア）に見られるように、交流電源５
３は、実効値が１００Ｖの正弦波交流である故、ピーク
電圧値は、１４１Ｖである。（イ）のインバータ５５の
入力電圧波形は、（ア）の波形を全波整流したものであ
るから、１／１２０秒周期でピークが来る波形となるの
に対して、（ウ）には、波形発生回路２００およびＰＷ
Ｍ回路２０１が作用することによって、図示されるよう
な波形が、論理回路８２に出力されることになる。

【００３３】その結果、前記図１の実施の形態と同様
に、交流電源５３の出力電圧の瞬時値がほぼピークとな
る時刻付近では、論理回路８２の出力波形の導通比率
は、３５％となる。また、交流電源５３の谷間付近にお
いては、１００％の導通比率に制御される。よって、図
１と同様の効果が得られるものとなる。

【００３４】（実施の形態３）図７に示した回路図は、
図１のものとよく似た構成となっている。図１と違う点
は、制御回路１０２が、電源電圧検知回路２０２と、論
理回路８２から構成されていて、電源電圧検知回路２０
２は、交流電源５３の出力電圧の瞬時値が６０Ｖ以上の
期間にはハイ信号を論理回路８２に出力し、６０Ｖ未満
の期間においてはロー信号を出力するものである。

【００３５】図８は、図７に示した実施の形態の動力発
生装置における動作波形図を示したものである。（ア）
は交流電源５３の出力電圧波形、（イ）はインバータ５
５の入力電圧波形、（ウ）は、電源電圧検知回路２０２
の出力の波形を示したものであって、（ア）に見られる
ように、交流電源５３は、実効値が１００Ｖの正弦波交
流である故、ピーク電圧値は、１４１Ｖである。（イ）
のインバータ５５の入力電圧波形は、（ア）の波形を全
波整流したものであるから、１／１２０秒周期でピーク
が来る波形となるのに対して、（ウ）には、電源電圧検
知回路２０２が作用することによって、交流電源５３の
出力電圧の瞬時値が６０Ｖ以上の期間Ｔ１にはハイ信号
を論理回路８２に出力し、６０Ｖ未満の期間Ｔ２におい
てはロー信号を出力しているものである。

【００３６】図９は、図８に示したＴ１の期間における
論理回路８２の出力信号波形を示したものである。図９
において、（ア）はスイッチング素子６９への信号波
形、（イ）はスイッチング素子７０への信号波形、
（ウ）はスイッチング素子７１への信号波形、（エ）は
スイッチング素子７２への信号波形、（オ）はスイッチ
ング素子７３への信号波形、（カ）はスイッチング素子
７４への信号波形である。これらの波形は、すべて図４
と同様となっている。

【００３７】なお、図８において、Ｔ２で示した期間に
関しては、特に図示することは行わなかったが、電源電
圧検知回路２０２がローを出力していることから、論理
回路８２は、６石すべてのスイッチング素子に対してロ
ーの出力を送り、すべてのスイッチング素子は、Ｔ２期
間においてはオフ状態が保たれる。Ｔ２期間において
は、各巻線に発生する誘導起電力に対して、交流電源５
３の出力電圧の瞬時値、すなわちインバータ５５の入力
電圧値が低いため、たとえこのＴ２期間中に論理回路８
２がＴ１期間と同様のパルス波形を出力したとしても、
有効に作用せず、インバータ５５と各巻線間を行ったり
来たりする無効電流が流れるのみである。したがって、
本実施の形態において、Ｔ２期間中の各スイッチング素
子のオンを禁止することにより、その無効電流が流れる
ことがなく、したがって効率の低下が防止できているも
のとなっている。

【００３８】（実施の形態４）図１０に示した回路図
は、図７のものと次の点で異なっているが、その他につ
いては、全く同等の構成となっている。

【００３９】制御回路１０３は、波形発生回路２０３と
論理回路８２によって構成されていて、波形発生回路２
０３は、交流電源５３と同期して、ハイまたはローを発
生するものとなっており、具体的には、マイクロコンピ
ュータを使用し、交流電源５３の電圧の瞬時値が零とな
る点を検出し、その時点から、８．３ミリ秒間の間に、
マイクロコンピュータ内に半導体マスクで製造されるＲ
ＯＭ（リードオンリーメモリー）に蓄えられた１ビット
のデータテーブルを順々に読み出し、そのディジタル値
を論理回路８２に出力する構成となっている。ＲＯＭに
蓄えられているデータは、本実施の形態では合計４．１
７ミリ秒分であり、これを交流電源５３の出力の瞬時値
が零となった時点を起点として、順番に読み出していく
ものである。本実施の形態においては、データは、初め
の１ｍ秒間はローで、その後ハイとなり、読み出しをス
タートしてから４．１７ミリ秒経た時点からは、マイク
ロコンピュータは、データの読み出し方向を逆とし、
４．１７秒から後戻りして読み出していき、次の零電圧
点が検知される頃にほぼデータの初めに戻る方法として
いる。このため、結果としては、図８（ウ）に示したも
のと同様の波形が、波形発生回路２０３から出力される
ことになる。

【００４０】したがって、図７の実施の形態と同様に、
波形発生回路２０３の出力がローの期間中、各スイッチ
ング素子のオンを禁止することにより、やはり無効電流
が流れることがなく、したがって効率の低下が防止でき
ているものとなっている。

【００４１】なお、各実施の形態では、交流電源を単相
１００Ｖとしているが、３相であっても良い。３相から
ブリッジ整流回路を通した場合には、単相の交流電源を
全波整流する場合に比べると、リプルが小さくなるが、
それでもボトムの電圧がピークの５０％となることか
ら、従来の技術によるとボトム部分での動力性能確保も
しくは効率確保を行うために、単相の場合ほどではない
にしても、やはりかなり大容量の平滑コンデンサが必要
となる。本発明を使用することによって、この平滑コン
デンサが不要になることから、同様の効果が期待でき
る。

【００４２】また、各実施の形態では、基本的に第２の
物体を２極としているが、特に２極にしなければならな
いというものではない。４極、６極、８極などでもかま
わない。

【００４３】また、実施の形態１と実施の形態２におい
ては、インバータ５５を構成するマイナス側のスイッチ
ング素子、すなわちスイッチング素子７２、スイッチン
グ素子７３、スイッチング素子７４に対して、ＰＷＭ回
路の論理積を行って、オンオフを制御しているが、必ず
しもマイナス側のスイッチング素子に限るものではな
く、プラス側のスイッチング素子に論理積を適用しても
よく、あるいはプラス側とマイナス側のスイッチング素
子を同時に論理積で使用してもよく、またプラス側とマ
イナス側とを所定の個数だけ論理積で制御してもよく、
要するに論理積を行うことによって、各巻線に印加され
る電圧の平均値が、インバータの入力電圧と導通比率の
積になる効果があるものであればいかなる方法のもので
あってもよい。

【００４４】また、実施の形態３と実施の形態４でも、
Ｔ２期間において、すべてのスイッチング素子に対して
論理積を行う例を示しているが、必ずしもこのようにす
る必要はなく、たとえばスイッチング素子７２、スイッ
チング素子７３、スイッチング素子７４に対してのみ、
論理積した出力を行い、その他のスイッチング素子につ
いては、Ｔ２期間でも引き続き駆動を行う方法もある。
その場合にあっても、各巻線に供給される電圧は、なく
なることから、当該期間における電流の供給がなされ
ず、よってムダな電流も流れることを防ぐことが可能と
なるという同一の効果が得られるものとなる。

【００４５】また、各実施の形態では、位置検知手段と
してホールＩＣを用いているが、かならずしもこのよう
なものを用いなければならないというものではなく、光
学的に回転角を検知するものや、超音波を使用するも
の、あるいは第１の物体には別段の素子を設けず、各巻
線に誘起する電圧を用いて、第２の物体の回転角度を検
知するものであってもよい。

【００４６】また、スイッチング素子の種類について
も、各実施の形態においては、バイポーラ式のトランジ
スタを使用しているが、ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどを
使用してもよい。

【００４７】また、各実施の形態は、回転運動を負荷に
伝えることによって動力を発生するものを示している
が、必ずしも回転に限るものではなく、例えばリニアモ
ータの様に直線運動を行うもの、２次元的に動力を発生
するものなどであっても良い。

【００４８】加えて、各実施の形態は、すべて第１の物
体を固定し、第２の物体が回転することによって動力を
取り出しているが、必ずしもこうする必要はなく、逆に
第２の物体を固定し、第１の物体の方から動力を取り出
すようにしてもよい。

【００４９】さらに、インバータ、制御回路、交流電
源、整流回路等の構成要素については、実施の形態では
すべて第１の物体と同様に固定されているように示され
ている。しかし、特に固定する必要はなく、たとえばこ
れらの構成要素の一部またはすべてを第２の物体上に設
け、電線をひきまわして最終的に、第１の物体に設けた
巻線に接続してもよい。その際に必要であればブラシと
スリップリング等で電流が供給できるように構成するこ
ともできる。

【００５０】また、各実施の形態のインバータの構成と
しても、３方式のものとしているが、３相、２相、単相
など、どのような構成でもよく、また、全波式、半波式
のインバータ構成はすべて使用することができる。

【００５１】また、インバータの入力として、全く平滑
コンデンサを接続しない構成を示しているが、ある程度
の静電容量値の平滑コンデンサを併用してもかまわな
い。その場合には、部品点数は増加するが、インバータ
の入力電圧のリプルが小となるので、設計は楽になる。
しかし、その場合においても、本発明を使用することに
より、平滑コンデンサの静電容量は、従来の技術に比し
て、小とした上で同等の性能を確保することができるた
め、トータル的に装置の小形・軽量化、および低コスト
化を行うことができる。

【００５２】

【発明の効果】このように請求項１記載の発明によれ
ば、ＰＷＭ回路及びその出力と位置検知手段の論理積に
応じてスイッチング素子をオンオフ制御する論理回路を
有する制御回路を備え、前記ＰＷＭ回路を、交流電源電
圧の瞬時値に応じて導通比率を制御するように構成した
ことにより、前記巻線に印加される電圧は、等価的にほ
ぼ一定値に保たれ、前記巻線及び前記スイッチング素子
に流れる電流、および発生するトルク波形については略
一定値となり、一般にチョークコイルや大容量の平滑コ
ンデンサなどによって構成される別段のフィルタ回路
（重量および形状が大となる）を使用せずとも、すなわ
ち前記インバータの入力電圧にかなりのリプルがありな
がらも、スイッチング素子や巻線の電流の許容容量値以
内に抑えつつ、良好に装置を運転することが可能となる
ものである。

【００５３】また、請求項２記載の発明によれば、波形
発生回路をＰＷＭ回路の前段に設け、前記ＰＷＭ回路の
出力と位置検知手段の論理積に応じてスイッチング素子
をオンオフ制御する論理回路を有する制御回路を備え、
波形発生回路を交流電源と同期したリプル波形を出力す
るように制御し、前記交流電源の電圧の瞬時値が高い場
合に導通比率を小とし、低い場合に大としたことによ
り、前記インバータの入力電圧にかなりのリプルがあり
ながらも、スイッチング素子や巻線の電流の許容容量値
以内に抑えつつ、良好に装置を運転することが可能とな
り、かつ前記波形発生回路の設定波形を工夫することに
よって、最適な特性を発揮させることができる。

【００５４】また、請求項３記載の発明によれば、交流
電源電圧の瞬時値が、巻線に発生する誘導起電力よりも
小さくなるタイミングにおいて、インバータを停止状態
となるように制御することにより、具体的には、交流電
源の電圧の瞬時値が所定値より高い時にハイを出力し、
所定値より低い時にローを出力する構成としたことによ
り、前記交流電源の出力電圧の瞬時値が、巻線に発生す
る誘導起電力よりも小となるタイミングにおけるインバ
ータの動作を停止させることが可能となり、当該期間に
発生するロス電力をなくし、装置の効率を確保すること
ができる。

【００５５】さらに、請求項４記載の発明によれば、電
源電圧検知回路の代わりに波形発生回路を用い、前記波
形発生回路の設定波形を工夫することにより、交流電源
の出力電圧の瞬時値が、巻線に発生する誘導起電力より
も小となるタイミングにおけるインバータの動作を停止
させることが可能となり、当該期間に発生するロス電力
をなくし、装置の効率を確保するとともに、最適な特性
を発揮させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の動力発生装置の回
路図

【図２】同、動力発生装置の動作波形図

【図３】同、動力発生装置のインバータの動作波形図

【図４】同、動力発生装置のインバータの別の動作波形
図

【図５】本発明の第２の実施の形態の動力発生装置の回
路図

【図６】同、動力発生装置の動作波形図

【図７】本発明の第３の実施の形態の動力発生装置の回
路図

【図８】同、動力発生装置の動作波形図

【図９】同、動力発生装置のインバータの動作波形図

【図１０】本発明の第４の実施の形態の動力発生装置の
回路図

【図１１】従来の動力発生装置の回路図

【符号の説明】

５１第１の物体５２第２の物体５３交流電源５４整流回路５５インバータ６０ａ巻線６３永久磁石６９スイッチング素子８１ＰＷＭ回路１００制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻線を有する第１の物体と、前記第１の
物体に対して相対的に可動し、前記巻線に磁束が作用す
るように位置した永久磁石を有する第２の物体と、前記
永久磁石の位置を検出する位置検知手段と、略正弦波電
圧を出力する交流電源と、前記交流電源を全波整流する
整流回路と、前記整流回路の出力に接続され前記巻線に
接続された少なくとも１個のスイッチング素子を有する
インバータと、ＰＷＭ回路及びその出力と前記位置検知
手段の論理積に応じて前記スイッチング素子をオンオフ
制御する論理回路を有する制御回路とを備え、前記ＰＷ
Ｍ回路は、前記交流電源電圧の瞬時値に応じて導通比率
を制御してなる動力発生装置。
【請求項２】巻線を有する第１の物体と、前記第１の
物体に対して相対的に可動し、前記巻線に磁束が作用す
るように位置した永久磁石を有する第２の物体と、前記
永久磁石の位置を検出する位置検知手段と、略正弦波電
圧を出力する交流電源と、前記交流電源を全波整流する
整流回路と、前記整流回路の出力に接続され前記巻線に
接続された少なくとも１個のスイッチング素子を有する
インバータと、波形発生回路、ＰＷＭ回路及び前記ＰＷ
Ｍ回路の出力と前記位置検知手段の論理積に応じて前記
スイッチング素子をオンオフ制御する論理回路を有する
制御回路とを備え、前記波形発生回路は前記交流電源と
同期したリプル波形を出力し、前記ＰＷＭ回路は、前記
波形発生回路の出力電圧の瞬時値に応じて導通比率を制
御してなる動力発生装置。
【請求項３】巻線を有する第１の物体と、前記第１の
物体に対して相対的に可動し、前記巻線に磁束が作用す
るように位置した永久磁石を有する第２の物体と、前記
永久磁石の位置を検出する位置検知手段と、略正弦波電
圧を出力する交流電源と、前記交流電源を全波整流する
整流回路と、前記整流回路の出力に接続され前記巻線に
接続された少なくとも１個のスイッチング素子を有する
インバータと、電源電圧検知回路及びその出力と前記位
置検知手段の論理積に応じて前記スイッチング素子をオ
ンオフ制御する論理回路を有する制御回路とを備え、前
記電源電圧検知回路は、前記交流電源の電圧の瞬時値に
応じて出力の有無を制御してなる動力発生装置。
【請求項４】巻線を有する第１の物体と、前記第１の
物体に対して相対的に可動し、前記巻線に磁束が作用す
るように位置した永久磁石を有する第２の物体と、前記
永久磁石の位置を検出する位置検知手段と、略正弦波電
圧を出力する交流電源と、前記交流電源を全波整流する
整流回路と、前記整流回路の出力に接続され前記巻線に
接続された少なくとも１個のスイッチング素子を有する
インバータと、波形発生回路及びその出力と前記位置検
知手段の論理積に応じて前記スイッチング素子をオンオ
フ制御する論理回路を有する制御回路とを備え、前記波
形発生回路は、前記交流電源の電圧の瞬時値に応じて出
力の有無を制御してなる動力発生装置。