JPH11122884A

JPH11122884A - 動力発生装置

Info

Publication number: JPH11122884A
Application number: JP9275465A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Asada; 和彦麻田; Hideki Morozumi; 英樹両角; Hidekazu Yamashita; 秀和山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-10-08
Filing date: 1997-10-08
Publication date: 1999-04-30

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の構成の動力発生装置は、同期機として
使用する場合に力率の調整ができないという課題を有し
ている。【解決手段】第１の巻線４２ａ〜４４ｂと第２の巻線
４６とを有する第１の物体４０と、第１の物体４０に対
して相対的に回転駆動する第３の巻線４９と第４の巻線
５２・５３と整流回路５５とを有する第２の物体４１
と、第１の巻線に電流を供給する第１の電源と、第２の
巻線に高周波電流を供給する第２の電源とを備え、前記
第３の巻線は第２の巻線と磁気的に結合し、前記整流回
路の入力を第３の巻線に接続し、整流回路の出力を第４
の巻線に接続した第４の巻線が発生する磁束を可変で
き、力率を調整することができ、同期機としての使用が
できる高機能の動力発生装置としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用や産業用に
使用される回転運動を行う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を図８に
基づいて説明する。１は固定子として作用する第１の物
体で、２は第１の物体１の内側に回転自在に設けた回転
子として作用する第２の物体である。第２の物体２は、
永久磁石３・４と磁性体５と出力軸６を有している。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
着しており、永久磁石４は磁性体５の表面にＳ極が外側
になるように接着している。

【０００３】また第１の物体１は、珪素鋼板等を積層し
て構成した鉄心７と、鉄心７によって構成したスロット
の中に設けた巻線８ａ・９ａ・１０ａ・８ｂ・９ｂ・１
０ｂを有している。巻線８ａ・８ｂと、巻線９ａ・９ｂ
と、巻線１０ａ・１０ｂとはそれぞれ直列に接続してお
り、３相巻線を構成するように６０゜ずつ離れた位置に
配置している。

【０００４】前記各巻線は、インバータ１７とインバー
タ１７を制御する制御回路３０によって駆動されてい
る。インバータ１７の入力側は、商用交流電源１１と、
商用交流電源１１を整流する全波の整流回路１２と、こ
の出力を波形成形するフィルタ回路４０に接続されてい
る。整流回路１２は、ダイオード１３・１４・１５・１
６をブリッジ接続して構成している。フィルタ回路４０
は、電解コンデンサ４１とチョークコイル４２によって
構成しており、この出力はリプルが少ないほぼ完全な直
流となっている。インバータ回路１７は、６個のトラン
ジスタ１８〜２３と、６個のダイオード２４〜２９とに
よって構成している。

【０００５】制御回路３０は、駆動回路３１と論理回路
３２とを有しており、トランジスタ１８〜２３のベース
端子は、すべて駆動回路３１に接続されている。

【０００６】３４・３５・３６は、永久磁石３・４の磁
極の位置を検知する位置検知手段として作用するホール
ＩＣで、第１の物体１と第２の物体２との間の空隙部に
設けている。ホールＩＣ３４・３５・３６は、Ｎ極と対
向している状態においてはハイの論理信号をＳ極と対向
している状態においてはロウの論理信号を制御回路３０
を構成する論理回路３２に出力している。

【０００７】以上の構成で、制御回路３０がホールＩＣ
３４〜３６の信号を受けて、６個のトランジスタ１８〜
２３を順次駆動して第２の物体２を回転させるものであ
る。

【０００８】このとき動力発生装置の各部は、図９に示
しているような信号を発生している。図９の（ア）はホ
ールＩＣ３４の信号波形を、（イ）はホールＩＣ３５の
信号波形を、（ウ）はホールＩＣ３６の信号波形を、
（エ）はトランジスタ１８への信号波形を、（オ）はト
ランジスタ１９への信号波形を、（カ）はトランジスタ
２０への信号波形を、（キ）はトランジスタ２１への信
号波形を、（ク）はトランジスタ子２２への信号波形
を、（ケ）はとトランジスタ２３への信号波形を示して
いる。

【０００９】すなわち論理回路３２は、ホールＩＣ３３
・３４・３５の３つの信号を論理演算することによっ
て、３相インバータを構成する６個のトランジスタ１８
〜２３を駆動するハイ・ロウの信号を作成しているもの
である。

【００１０】駆動回路３１は、論理回路３２の信号が、
ハイ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、ロウ信号の場合にはベースに逆バイアスを
印加してオフ状態とするものである。

【００１１】ここで、論理回路３２は遅れ時間は、各ホ
ールＩＣから入力される信号の周期に比して極めて短い
ものである。つまり論理回路３２としては、例えばＴＴ
ＬやＣＭＯＳ式のロジック回路などの高速回路を使用し
ているものである。従って、各ホールＩＣの信号の立ち
上がりのエッジもしくは立ち下がりのエッジと、各トラ
ンジスタの駆動信号のエッジ（立ち上がりもしくは立ち
下がり）との時間差は、数十ナノ秒〜数１００ナノ秒で
あり、図９に示しているようにほぼ同時にトランジスタ
の切り替えが行われるものとなっている。

【００１２】これによって、第１の物体１に設けている
３相に配置した巻線８ａ・９ａ・１０ａ・８ｂ・９ｂ・
１０ｂに順次電流が流れるものである。この電流によっ
て、第２の物体２を構成する永久磁石３または永久磁石
４との間に力が発生し、図８では反時計方向にトルクが
発生するものである。このトルクは出力軸６を使用し
て、外部の負荷に供給することができるものである。

【００１３】

【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、永久磁石を使用しており、励磁に電気エネ
ルギーを必要としない点で、効率が良く、また簡単な構
造となっている。しかし、第１の物体と第２の物体の対
向面積が一定で、また空隙の大きさも固定されているた
め、同期機として使用する場合に力率の調整ができない
という課題を有している。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１の巻線と
第２の巻線とを有する第１の物体と、第１の物体に対し
て相対的に回転駆動する第３の巻線と第４の巻線と整流
回路とを有する第２の物体と、第１の巻線に電流を供給
する第１の電源と、第２の巻線に高周波電流を供給する
第２の電源とを備え、前記第３の巻線は第２の巻線と磁
気的に結合し、前記整流回路の入力を第３の巻線に接続
し、整流回路の出力を第４の巻線に接続した第４の巻線
が発生する磁束を可変でき、力率を調整することがで
き、同期機としての使用ができる高機能の動力発生装置
としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、第１
の巻線と第２の巻線とを有する第１の物体と、第１の物
体に対して相対的に回転駆動する第３の巻線と第４の巻
線と整流回路とを有する第２の物体と、第１の巻線に電
流を供給する第１の電源と、第２の巻線に高周波電流を
供給する第２の電源とを備え、前記第３の巻線は第２の
巻線と磁気的に結合し、前記整流回路の入力を第３の巻
線に接続し、整流回路の出力を第４の巻線に接続した動
力発生装置。第１の物体に対して相対的に回転駆動する
第２の物体に、第３の巻線と第４の巻線と整流回路とを
有する第２の物体のと、第１の巻線に電流を供給する第
１の電源と、第２の巻線に高周波電流を供給する第２の
電源とを備え、前記第３の巻線は第２の巻線と磁気的に
結合し、前記整流回路の入力を第３の巻線に接続し、整
流回路の出力を第４の巻線に接続した第４の巻線が発生
する磁束を可変でき、力率を調整することができ、同期
機としての使用ができる高機能の動力発生装置としてい
る。

【００１６】請求項２に記載した発明は、直流電源とス
イッチング素子と共振コンデンサとスイッチング素子を
駆動する駆動回路を有し、第２の巻線と前記スイッチン
グ素子とを直列に接続し、この直列回路の両端を直流電
源の出力端子間に接続し、共振コンデンサをスイッチン
グ素子と第２の巻線の接続点と前記直流電源の一端子の
間に接続するようにして、位相の進みと遅れの調整を、
第２の電源によって調整でき、力率の調整が可能で、効
率の高い運転が可能な動力発生装置としている。

【００１７】請求項３に記載した発明は、スイッチング
素子は直列に接続した第１のスイッチング素子及び第２
のスイッチング素子によって構成し、共振コンデンサと
第２の巻線との直列回路を第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と
の間に接続するようにして、定格の低いスイッチング素
子を使用して、力率の調整が可能で、効率の高い運転が
可能な動力発生装置としている。

【００１８】請求項４に記載した発明は、、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、インバ
ータを制御する制御回路と、第２の物体の位置を検出す
る位置検知手段とを有し、前記制御回路は位置検知手段
からの信号に従ってスイッチング素子のオンオフを制御
する構成として、巻線電流と磁束とがほぼ直角となる状
態を保つことができ、直流機と同等の特性を得ることが
でき、さらに速度の可変範囲を広くした動力発生装置と
している。

【００１９】

【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は本実施例の動力発生装置の構成を示してお
り、（ａ）は正面図を（ｂ）は側面図を示している。ま
た図２は、本実施例の動力発生装置の接続を示す回路図
である。

【００２０】第１の物体４０はステータとして作用し、
ドーナッツ状の珪素鋼板等を積層した鉄心４５と、鉄心
４５に構成したスロット中に巻き回した第１の巻線４２
ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂと、第２の巻線４６とを有
している。第１の巻線４２ａ・４２ｂと、第１の巻線４
３ａ・４３ｂと、第１の巻線４４ａ・４４ｂとは、図２
に示しているように直列に接続しており、第１の電源６
０から電流を供給される平衡３相回路を構成している。
第２の巻線４６は、図示していないフレームに取り付け
ており、フェライトコア４８にはめこんだ樹脂製のボビ
ン４７に巻き回した構成としている。

【００２１】第１の物体４０の内部には、約0.3mmの空
隙を介して、第１の物体４０が供給する回転磁界を受け
て回転するロータとして作用する第２の物体４１を配置
している。第２の物体４１は、円形の珪素鋼板等を積層
した鉄心と、鉄心に構成したスロットに巻き回した第４
の巻線５２・５３と、軸５６と、ベアリング５７・５８
と、軸５６の一端に設けた第３の巻線４９と、整流回路
５５を有している。第３の巻線４９は、樹脂製のボビン
５０に巻き、フェライトコア５１にはめこんだ構成とし
ている。ベアリング５８の付近では、軸５６は中空とな
っており、前記第３の巻線４９はこの中空部を利用して
整流回路５５と接続している。また、前記第４の巻線５
２・５３は、第１の物体４０に配置している第１の巻線
４２ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂ・４４ａ・４４ｂと、
空隙を介して磁気的に結合するようになっている。この
結合の強さは第２の物体４１の回転角度によって変化す
る。

【００２２】図２は前記したように本実施例の回路構成
を示す回路図である。第１の電源６０は、商用周波数の
三相交流を第１の巻線４２ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂ
・４４ａ・４４ｂに供給している。この第１の巻線４２
ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂ・４４ａ・４４ｂは、鉄心
４５に構成したスロット中に配置されているため、鉄心
４５が磁化されて、第１の物体４５が回転磁界を発生し
ているものである。

【００２３】一方、第２の巻線４６には、第２の電源６
１から高周波電流が供給されている。第２の電源６１
は、直流電源６４とスイッチング素子６５と共振コンデ
ンサ６６とスイッチング素子６５を駆動する駆動回路６
７を備えている。直流電源６４は、交流電源６８の出力
を、整流ブリッジ６９で整流し、チョークコイル７１に
よって構成したフィルタ回路７０とコンデンサ７２によ
ってリプルの少ない直流に変換しているものである。ス
イッチング素子６５は、ＩＧＢＴチップとダイオードチ
ップとを並列に接続した構成としている。第２の巻線４
６とスイッチング素子６５とは直列に接続しており、こ
の直列体の両端に、前記直流電源６４出力を接続してい
る。また共振コンデンサ６６は、スイッチング素子６５
のコレクタ端子と、第２の巻線４６の接続点と直流電源
６４のプラス端子の間に接続しているものである。駆動
回路６７は、スイッチング素子６５のゲートに接続して
おり、スイッチング素子６５のゲート電圧をエミッタ端
子に対して１５Ｖ上昇させ、または０Ｖに低下すること
によって、スイッチング素子６５をオンオフしている。

【００２４】以上の構成で、直流電源６４の出力を、駆
動回路６７が駆動するスイッチング素子６５によって高
周波に変換して、共振コンデンサ６６と第２の巻線４６
が構成する共振回路に供給するものである。従って第２
の巻線４６には、高周波の電圧が発生する。

【００２５】第３の巻線４９は第２の巻線４６と磁気結
合しているため、前記第２の巻線に発生した高周波の電
圧は第３の巻線４９に誘導され、第３の巻線にも同様の
高周波の電圧が発生する。この高周波の電圧は、ダイオ
ード６２・６３によって構成した整流回路５５によって
直流に変換され、第４の巻線５２・５３に供給される。
第４の巻線５２・５３は、第２の物体４１を構成する鉄
心に設けているスロット中に配置しているため、この鉄
心は一定方向に磁化されるものである。つまり第４の巻
線５２・５３は、永久磁石として機能しているものであ
る。

【００２６】以下本実施例の動作について説明する。図
３は、第２の電源６１の実働波形図で、（ａ）は直流電
源６４の出力電圧Ｖｄｃとスイッチング素子６５のコレ
クタ・エミッタ間電圧Ｖｃｅを、（ｂ）はスイッチング
素子６５に流れる電流Ｉｃを、（ｃ）は第２の巻線４６
の両端子間に発生する電圧Ｖ_Lと電流Ｉ_Lの波形を示して
いる。このとき本実施例では、駆動回路６７は２５ｋＨ
ｚでスイッチング素子６５をオンオフしているものであ
る。

【００２７】スイッチング素子６５が駆動回路６７によ
ってオンされるオン期間Ｔｏｎにおいては、直流電源６
４からスイッチング素子６５を介して、第２の巻線４６
に電流Ｉ_Lが、共振コンデンサ６６には電流Ｉｃが供給
される。この電流Ｉ_Lは、第２の巻線４６に印加されて
いる電圧Ｖｄｃが図３（ａ）に示しているようにほぼ直
流となっているため、図３（ｃ）に示しているようにほ
ぼ直線的に増加していく。また電流Ｉ_Cも同様の理由
で、図３（ｂ）に示しているように、ほぼ直線的に増加
するものである。スイッチング素子６５が駆動回路６７
によってオフされると、この瞬間に第２の巻線４６に流
れていた電流は共振コンデンサ６６に流れ、第２の巻線
４６と共振コンデンサ６６とは共振状態となる。このた
め、スイッチング素子６５のコレクタ・エミッタ間に発
生する電圧Ｖｃｅは、図３（ａ）に示しているような共
振電圧波形となる。

【００２８】この共振状態が約半周期続いた後に、Ｖ_L
＝Ｖｄｃ、すなわち第２の巻線４６に印加される電圧Ｖ
_Lが再び直流電源６４の電圧Ｖｄｃと等しくなってスイ
ッチング素子６５が再びオンするＴｏｎ期間に入る。Ｔ
ｏｎ期間に入った瞬間に、共振コンデンサ６６の電流が
なくなって、代わってスイッチング素子６５を構成する
ダイオードが導通状態となって、それによってスイッチ
ング素子６５の電圧Ｖｃｅはほぼ０となる。

【００２９】駆動回路６７は、スイッチング素子６５を
構成するダイオードがオンしている状態で、スイッチン
グ素子６５のゲート電圧を約１５Ｖ出力するものであ
る。このためスイッチング素子６５は、ターンオンさ
れ、やがてダイオードに流れる電流が０となった後も、
引き続いてＩＧＢＴに電流が流れ、オン状態を継続する
ことができる。

【００３０】以上のような動作を繰り返すことによっ
て、本実施例の第２の電源６１は２５ｋＨｚの高周波電
流を第２の巻線４６に供給し続けるものである。

【００３１】第２の巻線４６は第３の巻線４９に磁気結
合しているため、第３の巻線４９にも高周波の誘導電圧
が発生する。この誘導電圧は、整流回路５５によって整
流され直流に変換されて、第４の巻線５２・５３に供給
される。つまり第４の巻線５２・５３には、励磁電流Ｉ
ｆが流れるものである。第４の巻線５２・５３は、第２
の物体４１を構成する鉄心に設けているスロット中に配
置しているため、この鉄心は励磁電流Ｉｆによって一定
方向に磁化されるものである。つまり第４の巻線５２・
５３は、永久磁石として機能しているものである。

【００３２】従って、第１の物体に配置している第１の
巻線４２ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂ・４４ａ・４４ｂ
が発生する回転磁界と、第４の巻線５２・５３との間に
はトルクが発生し、同期機として動力を発生するものと
なる。

【００３３】このとき特に本実施例では、駆動回路６７
がスイッチング素子６５をオンするオン信号の期間を可
変できるようにしているものである。このため、第３の
巻線４９に発生する誘導電圧の大きさを加減でき、従っ
て第４の巻線５２・５３に流れる励磁電流Ｉｆの大きさ
を加減することが可能となっている。励磁電流Ｉｆを大
きくすれば第１の巻線４２ａ〜４４ｂを流れる電流の位
相が進み、励磁電流Ｉｆを小さくすれば位相が遅れるも
のである。このため、第１の電源６０に対する力率の調
整が可能で、効率の高い運転が可能となるものである。
また、第１の電源６０に別の低力率の負荷を接続した場
合には、この無効電流分を供給でき、第１の電源６０か
ら見た力率を改善することも可能となる。

【００３４】以上のように本実施例によれば、第１の巻
線４２ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂ・４４ａ・４４ｂと
第２の巻線４６とを有する第１の物体４０と、第１の物
体４０に対して相対的に回転駆動する第３の巻線４９と
第４の巻線５２・５３と整流回路５５とを有する第２の
物体４１と、第１の巻線４２ａ・４２ｂ・４３ａ・４３
ｂ・４４ａ・４４ｂに電流を供給する第１の電源６０
と、第２の巻線４６に高周波電流を供給する第２の電源
６１とを備え、第３の巻線４９が第２の巻線４６と磁気
的に結合し、整流回路５５の入力を第３の巻線４９に接
続し、整流回路５５の出力を第４の巻線５２・５３に接
続した構成として、第４の巻線５２・５３が発生する磁
束を可変でき、力率を調整することができ、同期機とし
ての使用ができる高機能の動力発生装置を実現するもの
である。

【００３５】またこのとき、第２の電源６１を、直流電
源６４とスイッチング素子６５と共振コンデンサ６６と
スイッチング素子６５を駆動する駆動回路６７によって
構成し、第２の巻線４６とスイッチング素子６５とを直
列に接続し、この直列回路の両端に直流電源６４の出力
を供給するように子、共振コンデンサ６６をスイッチン
グ素子６５と第２の巻線４６の接続点と直流電源６４の
一端子の間に接続した構成として、位相の進みと遅れの
調整を、第２の電源６１によって調整でき、力率の調整
が可能で、効率の高い運転が可能な動力発生装置を実現
するものである。

【００３６】なお本実施例においては、駆動回路６７と
して集積回路ＡＮ６７１５またはＡＮ６７２８を用いて
いるものである。このため、部品点数を抑えることがで
き、低コストで駆動回路６７を構成できるものである。
ただし、特にこのような集積回路に限定する必要はな
く、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しても支障はないものであ
る。

【００３７】また本実施例では共振コンデンサ６６を使
用しているため、スイッチング素子６５のターンオフ時
に急激な電圧の立ち上がりが発生しないものである。こ
のため、ノイズの発生を抑えることができ、またスイッ
チング素子６５のターンオフ損失が小となり、またラッ
チアップ耐量を低減できるものである。またスイッチン
グ素子６５に使用するダイオードについても、ターンオ
フ時に急激な逆電圧が印加されないため、逆回復時間が
比較的長くかかるものを使用でき、スイッチング素子６
５を低価格で構成できるものである。このため、装置全
体を低価格とすることも可能となる。

【００３８】また本実施例では、第２の巻線４６にフェ
ライトコア４８を使用しており、同様にフェライトコア
５１を使用している第３の巻線４９と適切な空隙を設け
た構成としているものである。このため第２の巻線４６
は、適度なインダクタンス成分を有するものとなってい
る。このため、スイッチング素子６５のターンオンに際
してターンオン損失が極めて小さくなるものである。

【００３９】また本実施例においては第２の電源６１の
動作周波数を２５ｋＨｚに設定して、スイッチング素子
６５のスイッチング損失を抑えると共に、耳障りな騒音
を防止できるようにしているが、動作周波数を特に２５
ｋＨｚに限定する必要はないものである。つまり、例え
ば１００ｋＨｚあるいは１ＭＨｚと高周波の設定とした
場合には、フェライトコア４８・５１を含んだ第２の巻
線４６・、第３の巻線４９をより小形化できるものであ
る。

【００４０】また本実施例においては、共振コンデンサ
６６の一端子を直流電源６４のプラス側に接続し、第２
の巻線４６と並列になるように接続しているが、直流電
源６４のマイナス端子側に接続して、スイッチング素子
６５のコレクタ・エミッタ間に並列に接続する構成とし
ても支障はないものである。さらにスイッチング素子６
５と第２の巻線４６の接続の順序についても、プラス側
にスイッチング素子６５を配置する構成としても支障は
ないものである。

【００４１】またスイッチング素子６５として、ＩＧＢ
Ｔの他にバイポーラ形ＭＯＳＦＥＴあるいはＧＴＯ等も
使用できるものである。

【００４２】また第２の物体４１に設けている整流回路
５５は、本実施例ではダイオード６２・６３を使用して
いるが、全波整流ブリッジとしても、単に１石のダイオ
ードを結合コイルに直列接続したものとしても支障はな
いものである。また極性についても、スイッチング素子
６５のオンオフに対してフォワード接続であってもフラ
イバック接続であってもよい。

【００４３】このとき、第２の巻線４６・第３の巻線４
９の構成を図４に示している形状とすることもできる。
図４（ａ）に示しているものは、リング状のフェライト
コア５１内に、ボビン５０に巻き回した第３の巻線と、
ボビン４７に巻き回した第２の巻線４６とを積層しては
め込み、前記リング状のフェライトコア５１と共に磁気
回路を構成するフェライトコア４８によってコーナ部を
覆った形状としている。また図４（ｂ）に示しているも
のは、２個の略コ字状としたリング型のフェライトコア
４８・５１内に、ボビン４７に巻き回した第２の巻線４
６と、ボビン５０に巻き回した第３の巻線４９をはめ込
んだ構成としている。図４（ｃ）・図４（ｄ）に示して
いるものは、第３の巻線４９上に第２の巻線４６を配置
した構成となっている。第３の巻線４９は、巻線を巻き
回したボビン５０の内部を円筒状のフェライトコア５１
が貫挿する構成となっている。また、第３の巻線４９上
には、第２の巻線４６を構成するコ字状のフェライトコ
ア４８が乗っており、フェライトコア４８に巻線を巻き
回したボビン４７を貫挿しているものである。

【００４４】（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５は本実施例の構成を示す回路図
である。

【００４５】本実施例では、実施例１で使用しているス
イッチング素子６５に代えて、第１のスイッチング素子
７３と、第２のスイッチング素子７４を使用している。
第１のスイッチング素子７３と第２のスイッチング素子
７４とは、直列に接続しているものである。つまり共振
コンデンサ７５は、第２の巻線４６と直列共振するもの
である。また駆動回路７７は、第１のスイッチング素子
７３と第２のスイッチング素子７４を交互にオンオフ駆
動するものである。このとき本実施例では、駆動回路７
７の動作周波数は、第２の巻線４６と共振コンデンサ７
５の共振周波数にほぼ等しい２５ｋＨｚとしており、第
１のスイッチング７３と第２のスイッチング素子７４
は、４０μ秒を周期としてオンオフされるものである。
また共振コンデンサ７５と第２の巻線４６とは直列に接
続しており、この直列回路を第１のスイッチング素子７
３と第２のスイッチング素子７４との接続点と直流電源
６４の一端子との間に接続しているものである。

【００４６】以上の構成で、第１のスイッチング素子７
３がオンされると、直流電源６４はスイッチング素子７
３と、第２の巻線４６と、共振コンデンサ７５に電流を
供給するものである。また駆動回路７７によって第１の
スイッチング素子７３がオフされて第２のスイッチング
素子７４がターンオンされると、共振コンデンサ７５
が、第２の巻線４６と第２のスイッチング素子７４に電
流を供給するものである。このとき駆動回路７７は、第
１のスイッチング素子７３と第２のスイッチング素子７
４の両方が同時にオンとなる状態を避けるために、いわ
ゆるデッドタイムと称する同時オフとする信号を出力し
ている。このため本実施例によっても、第２の電源７６
から第２の巻線４６に約２５ｋＨｚの高周波電流が供給
されるものである。こうして、第３の巻線４９が第２の
巻線４６と磁気結合しているため、実施例１と同様に第
３の巻線４９に誘導電圧が発生するものである。この誘
導電圧は整流回路５５によって整流され、第４の巻線５
２・５３に励磁電流Ｉｆが供給される。

【００４７】このとき本実施例では、駆動回路７７の動
作周波数を第２の巻線４６と共振コンデンサ７５の直列
共振回路の共振周波数とほぼ等しく保っているものであ
る。このため、第１のスイッチング素子７３と第２のス
イッチング素子７４に発生する損失を最小限に抑えるこ
とができるものである。また、駆動回路７７の動作周波
数を調整して、例えば前記共振周波数よりも高くすれば
励磁電流Ｉｆは減少し、逆に動作周波数を低くした場合
にも、やはりＩｆは減少することになる。後者の場合に
は、第１のスイッチング素子７３と第２のスイッチング
素子７４とが切り替わるタイミングで、スイッチング素
子を構成するダイオードに逆回復電流が発生することか
ら、高速リカバリのダイオードチップが必要となる。し
かし、ターンオフ損失はほとんど発生しないものであ
る。

【００４８】また、第１のスイッチング素子７３と第２
のスイッチング素子７４のオン期間の比率を変えて、Ｉ
ｆを変化することもできる。また、直流電源６４の出力
電圧を可変できる構成として、駆動回路７７の発振周波
数を一定として、Ｉｆを調整することもできるものであ
る。

【００４９】以上のように本実施例においても、励磁電
流Ｉｆの値を加減でき、励磁巻線を有する機械と同様に
力率を加減することができるものとなる。

【００５０】なお、第１のスイッチング素子７３と第２
のスイッチング素子７４の接続点と、直流電源６４の一
端子との間に、小容量のコンデンサを設ける構成とした
場合には、部分共振作用によって、両スイッチング素子
のターンオフ時における電圧の上昇速度を抑えることが
できる。従って、第２の巻線４６と共振コンデンサ７５
の共振周波数よりも高い周波数で動作させた場合の各ス
イッチング素子の損失を低減し、また発生するノイズを
低減することができる。

【００５１】また前記実施例１で説明した１個のスイッ
チング素子６５を使用する構成としたものに比べて、第
１のスイッチング素子７３と第２のスイッチング素子７
４の２個のスイッチング素子を使用する構成としたもの
は、耐電圧の低い定格のものを使用できる。

【００５２】（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６は、本実施例の回路構成を示す
回路図である。本実施例で使用している第１の電源７８
は、ＩＧＢＴチップとダイオードチップを並列接続して
構成したスイッチング素子８４〜８９と制御回路７９と
位置検知手段８０を備えている。位置検知手段８０は、
第１の物体４０と第２の物体４１との間の空隙に設けた
ホールＩＣ８１・８２・８３によって構成している。ホ
ールＩＣ８１・８２・８３は、第２の物体４１が回転運
動する際に、第４の巻線５２・５３に励磁電流Ｉｆが流
れることによって発生する磁束を検知するものであり、
Ｎ極と対向している状態においてはハイの論理信号を出
力し、Ｓ極と対向している状態においてはロウの論理信
号を出力するものである。制御回路７９は位置検知手段
８０からの信号に従って、スイッチング素子８４〜８９
のオンオフを制御している。前記スイッチング素子８４
〜８９には、第１の物体４０を構成する第１の巻線４２
ａ〜４４ｂを接続している。また直流電源９０は、商用
の交流電源９２の出力を、整流ブリッジ９３・チョーク
コイル９４・コンデンサ９５によって整流平滑する構成
としている。

【００５３】以上の構成によって、制御回路７９は位置
検知手段８０の信号を受けて６個のスイッチング素子８
４〜８９を順次駆動するものである。このため、第１の
巻線４２ａ〜４４ｂには順次電流が流れて、第１の物体
４０は回転磁界を発生するものである。また実施例１・
実施例２で説明しているように、第２の巻線４６には２
５ｋＨｚの高周波電流が流れており、第３の巻線４９に
は高周波の誘導電圧が発生している。この高周波の誘導
電圧は、整流回路５５によって整流されて、第４の巻線
５２・５３に励磁電流Ｉｆが流れるものである。

【００５４】このとき本実施例では、制御回路７９は、
ホールＩＣ８１〜８３によって構成した位置検知手段８
０の信号を受けて、第１の巻線４２ａ〜４４ｂに流れる
電流が、前記励磁電流Ｉｆによって発生する磁束に対し
て、電気的に直角となる位相に制御しているものであ
る。

【００５５】従って本実施例の構成によれば、巻線電流
と磁束とがほぼ直角となる状態を保つことができ、直流
機と同等の特性を得ることができる。さらに、第２の電
源９１によって励磁電流Ｉｆを調整することができ、速
度の可変範囲を広くすることができる。図７は、本実施
例の動力発生装置のトルクと回転速度の特性を示したも
のであり、ａは励磁電流Ｉｆを大とした場合を、ｂは励
磁電流Ｉｆを小とした場合を示している。特性ａに示し
ているように、励磁電流Ｉｆを大きくすることによっ
て、高トルク低速回転を実現できる。また特性ｂに示し
ているように、励磁電流Ｉｆを小さくすることによっ
て、低トルク高速回転を実現できるものである。

【００５６】また本実施例によれば、第１の電源７８と
第２の電源９１とを同一の直流電源９０を使用して駆動
する構成としている。従って、交流電源９２の電圧変動
があっても速度が安定するものである。すなわち、交流
電源９２の電圧が高くなった場合には、第２の電源９１
から第２の巻線４６に供給する高周波電流も大となり、
このため励磁電流Ｉｆが増加するものである。このとき
第１の電源７８の出力も同時に高くなっているので、前
記励磁電流Ｉｆの増加によって第１の巻線４２ａ〜４４
ｂに誘導電圧が増加しようとしてもこの増加は抑えられ
るものである。従って結果的に速度の変動が抑えられる
ものである。逆に交流電源９２の電圧が低下した場合に
は、励磁電流Ｉｆの減少と同時に、第１の電源７８の出
力電圧の低下が生じて速度の変動を抑えるものである。

【００５７】また、静電容量の小さいコンデンサ９５を
使用して、直流電源９０の出力中に交流電源９２の２倍
の周波数に相当するリプルが含まれる場合にも、安定し
て動作するものである。すなわち、励磁電流Ｉｆのリプ
ル変動によって第１の巻線４２ａ〜４４ｂに誘導電圧の
変動が生じても、この変動に同期する形で第１の電源７
８の出力が変動するものである。また、交流電源９２の
ピーク電圧付近の位相では流れる電流のピークが非常に
大きくなって、第３次等の高調波が発生するものであ
る。しかし本実施例では、前記理由によって、このよう
な第３次高調波成分についても抑えることができるもの
である。従って本実施例によれば、交流整流子モータ
（ユニバーサルモータ）と同様、交流電源９２の位相に
よって自動的に励磁の大きさと第１の巻線４２ａ〜４４
ｂへの印加電圧とを同期することができるものである。

【００５８】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、第１の巻線
と第２の巻線とを有する第１の物体と、第１の物体に対
して相対的に回転駆動する第３の巻線と第４の巻線と整
流回路とを有する第２の物体と、第１の巻線に電流を供
給する第１の電源と、第２の巻線に高周波電流を供給す
る第２の電源とを備え、前記第３の巻線は第２の巻線と
磁気的に結合し、前記整流回路の入力を第３の巻線に接
続し、整流回路の出力を第４の巻線に接続した構成とし
て、力率を調整することができ、同期機としての使用が
できる高機能の動力発生装置を実現するものである。

【００５９】請求項２に記載した発明は、第２の電源
は、直流電源とスイッチング素子と共振コンデンサとス
イッチング素子を駆動する駆動回路を有し、第２の巻線
と前記スイッチング素子とを直列に接続し、この直列回
路の両端を前記直流電源の出力端子間に接続し、共振コ
ンデンサを前記スイッチング素子と第２の巻線の接続点
と前記直流電源の一端子の間に接続した構成として、位
相の進みと遅れの調整を、第２の電源によって調整で
き、力率の調整が可能で、効率の高い運転が可能な動力
発生装置を実現するものである。

【００６０】請求項３に記載した発明は、スイッチング
素子は直列に接続した第１のスイッチング素子及び第２
のスイッチング素子によって構成し、共振コンデンサと
第２の巻線との直列回路を第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と
の間に接続した構成として、定格の低いスイッチング素
子を使用して、力率の調整が可能で、効率の高い運転が
可能な動力発生装置を実現するものである。

【００６１】請求項４に記載した発明は、第１の電源
は、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、インバータを制御する制御回路と、第２の物体
の位置を検出する位置検知手段とを有し、前記制御回路
は位置検知手段からの信号に従ってスイッチング素子の
オンオフを制御する構成として、巻線電流と磁束とがほ
ぼ直角となる状態を保つことができ、直流機と同等の特
性を得ることができ、さらに速度の可変範囲を広くした
動力発生装置を実現するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１の実施例である動力発生装
置の構成を示す正面図（ｂ）同、側面図

【図２】同、回路構成を説明する回路図

【図３】同、第２の電源の各部の動作を示す波形図

【図４】（ａ）第２の巻線と第３の巻線の構成を示す断
面図（ｂ）第２の巻線と第３の巻線の構成を示す断面図（ｃ）第２の巻線と第３の巻線の構成を示す側面断面図（ｄ）図４（ｃ）を正面から見た正面断面図

【図５】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６】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７】同、速度とトルクの関係を示す特性図

【図８】従来の動力発生装置の構成を示す回路図

【図９】同、各部の動作を示す波形図

【符号の説明】

４０第１の物体４１第２の物体４２ａ第１の巻線４２ｂ第１の巻線４３ａ第１の巻線４３ｂ第１の巻線４４ａ第１の巻線４４ｂ第１の巻線４６第２の巻線４９第３の巻線５２第４の巻線５３第４の巻線５５整流回路６０第１の電源６１第２の電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の巻線と第２の巻線とを有する第１
の物体と、第１の物体に対して相対的に回転駆動する第
３の巻線と第４の巻線と整流回路とを有する第２の物体
と、第１の巻線に電流を供給する第１の電源と、第２の
巻線に高周波電流を供給する第２の電源とを備え、前記
第３の巻線は第２の巻線と磁気的に結合し、前記整流回
路の入力を第３の巻線に接続し、整流回路の出力を第４
の巻線に接続した動力発生装置。
【請求項２】第２の電源は、直流電源とスイッチング
素子と共振コンデンサとスイッチング素子を駆動する駆
動回路を有し、第２の巻線と前記スイッチング素子とを
直列に接続し、この直列回路の両端を前記直流電源の出
力端子間に接続し、共振コンデンサを前記スイッチング
素子と第２の巻線の接続点と前記直流電源の一端子の間
に接続した請求項１記載の動力発生装置。
【請求項３】スイッチング素子は直列に接続した第１
のスイッチング素子及び第２のスイッチング素子によっ
て構成し、共振コンデンサと第２の巻線との直列回路を
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との間に接続した請求項２記
載の動力発生装置。
【請求項４】第１の電源は、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、インバータを制御す
る制御回路と、第２の物体の位置を検出する位置検知手
段とを有し、前記制御回路は位置検知手段からの信号に
従ってスイッチング素子のオンオフを制御する請求項１
から３のいずれか１項に記載した動力発生装置。