JPH1127915A

JPH1127915A - 動力発生装置

Info

Publication number: JPH1127915A
Application number: JP9176730A
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: 1997-07-02
Filing date: 1997-07-02
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の構成の動力発生装置は、力率を調整す
ることができないという課題を有している。【解決手段】永久磁石４５・４６を有する円筒状の第
２の物体４１を、第２の物体４１と同心に設けている円
筒状の第１の物体４０中を軸４７の方向に可動として、
第１の物体４０と第２の物体４１との対向面積を調整で
きるようにして、第１の物体４０が備えている巻線４２
ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂ・４４ａ・４４ｂに鎖交す
る第２の物体４１の永久磁石４５・４６の磁束を調整し
て、力率を調整できる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】従来使用されている動力発生装置を図８
に示している。この動力発生装置は、第１の物体１を構
成する固定子と、第１の物体１の内側に回転自在に設け
た第２の物体２を構成する回転子と、第２の物体２の永
久磁石３・４の磁極の位置を検知する位置検知手段３３
ａ〜３３ｃと、位置検知手段３３ａ〜３３ｃの信号によ
って第２の物体２の回転を制御する制御回路３０と、制
御回路３０の信号によって第２の物体２の巻線に電流を
供給するインバータ１７とを備えている。

【０００３】第２の物体２は、磁性体５と、磁性体５の
表面に設けた永久磁石３および永久磁石４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。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に構成したスロットの中に設けた巻線８ａ・９ａ・１
０ａ・８ｂ・９ｂ・１０ｂを有している。巻線８ａ・巻
線８ｂ、巻線９ａ・巻線９ｂ、巻線１０ａ・巻線１０ｂ
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。またインバータ１７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、整流
回路１２の出力を波形成形するフィルタ回路４０と、フ
ィルタ回路４０に接続している。整流回路１２は、ダイ
オード１３・１４・１５・１６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によって構成しており、整
流回路１２の出力をリプルが少ない、ほぼ完全な直流に
波形成形している。

【０００５】またインバータ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。制御回路３０は、駆動回路３１と論理
回路３２とを有しており、前記トランジスタ１８〜２３
のベース端子は、すべて駆動回路３１に接続している。

【０００６】位置検知手段３３ａ〜３３ｃは、第１の物
体１と第２の物体２との間の空隙部に設けたホールＩＣ
によって構成しており、第２の物体２が回転運動する際
に、永久磁石３・永久磁石４の磁極の位置を検知してい
る。すなわち、Ｎ極と対向している状態においてはＨＩ
ＧＨの論理を出力し、Ｓ極と対向している状態において
はＬＯＷの論理を出力するものである。

【０００７】以上の構成で、制御回路３０が位置検知手
段３３ａ〜３３ｃの信号を受けて６個のトランジスタ１
８〜２３を順次駆動し、第２の物体２を回転させるもの
である。

【０００８】図９は図１の動力発生装置各部の電圧波形
を示したものである。図９の（ア）は位置検知手段３３
ａの信号波形を、（イ）は位置検知手段３３ｂの信号波
形を、（ウ）は位置検知手段３３ｃ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、位置検知手段３
３ａ〜３３ｃの３つの信号を論理演算することによっ
て、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、こ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、位置検知手段３３ａ〜３３ｃの信
号を受けて駆動回路３１に伝達する論理回路３２はある
程度の遅れ時間を有している。この遅れ時間は、実際に
は数十ナノ秒〜数１００ナノ秒程度で、極めて短いもの
である。すなわち、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を使用しているもの
である。このため、位置検知手段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、トランジスタの
駆動信号の立ち上がりエッジもしくは立ち下がりエッジ
との時間差は、図９に示しているようにほとんどないも
のである。

【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。この電流は、第
２の物体２を構成する永久磁石３と永久磁石４とが供給
している磁界と鎖交するものである。このため、永久磁
石３と永久磁石４とは相対的にトルクを受け、第２の物
体２は反時計方向に回転するものである。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】従来の動力発生装置
は、出力軸６に接続している負荷の種類によっては、第
２の物体２の回転位相が、巻線８ａ・９ａ・１０ａ・８
ｂ・９ｂ・１０ｂが形成する回転磁界に対して進んだり
遅れたりするものである。このため、動力発生装置の力
率が低下することがあり、交流電源１１に供給する入力
電力の利用効率が低下するものである。

【００１４】このとき従来の構成の動力発生装置は、力
率を調整することができないという課題を有している。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、第２の物体を
第１の物体中を軸方向に可動でき、第２の物体の移動に
よって第１の物体と第２の物体との対向面積を調整でき
るようにして、力率を調整できる動力発生装置としてい
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、永久
磁石を有する円筒状の第２の物体を、第２の物体と同心
に設けている円筒状の第１の物体中を軸方向に可動とし
て、第１の物体と第２の物体との対向面積を調整できる
ようにして、第１の物体が備えている巻線に鎖交する第
２の物体の永久磁石の磁束を調整して、力率を調整でき
る動力発生装置としている。

【００１７】請求項２に記載した発明は、第２の物体を
軸方向に移動したときに、同時に空隙の大きさが変化す
るようにして、力率の調整がより容易にできる動力発生
装置としている。

【００１８】請求項３に記載した発明は、制御回路が位
置検知手段からの信号に従ってスイッチング素子をオン
オフ制御するようにして、高速域での力行運転を可能と
した速度制御性能の高い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す断面
図、図２は同側面図である。４０は第１の物体で、円筒
状の珪素鋼板を積層した鉄心と、鉄心に構成したスロッ
ト中に収容した巻線４２ａ・４２ｂ・４３ａ・４３ｂ・
４４ａ・４４ｂを有している。巻線４２ａ・４２ｂと巻
線４３ａ・４３ｂと巻線４４ａ・４４ｂとは、図３に示
しているように直列に接続しており、平衡の三相回路を
構成している。また電源４２は、三相で線間電圧が２０
０ボルト周波数が６０ヘルツの電流を巻線４２ａ〜４４
ｂに供給している。第１の物体４０中には、空隙４８を
介して、第１の物体４０と同心に設けている第２の物体
４１を配置している。第２の物体４１は、第１の物体４
０に対して空隙４８を有しているため、図２に示してい
るように、軸方向に移動可能となっており、また軸４７
を中心に回転自在となっている。空隙４８の大きさは、
本実施例では半径方向で0.3mm程度としている。また第
２の物体４１は、第１の物体４０と同様、円筒状として
おり、永久磁石４５・４６と、中心に配置している軸４
７を有している。軸４７は、両端に設けている軸受け４
９・５０によって支持されている。

【００２０】以下本実施例の動作について説明する。電
源４２が作動して、巻線４２ａ〜巻線４４ｂに三相の電
流を供給すると、回転磁界が発生し、第２の物体４１の
永久磁石４５・４６がこの回転磁界によって吸引あるい
は反発して、第２の物体４１が回転するものである。

【００２１】このとき、本実施例によれば、図２に示し
ているように第２の物体４１が第１の物体４０に対して
軸４７の方向に可動できる構成となっているものであ
る。図２（ア）は、第１の物体４０の中に完全に第２の
物体４１が入っている状態を示している。また図２
（イ）は、第２の物体４１が第１の物体４０から抜け出
た状態を示している。すなわち、（ア）に示している状
態では、第２の物体４１の永久磁石４５・４６は第１の
物体４０の巻線４２ａ〜４４ｂの回転磁界と完全に鎖交
しているものである。また（イ）に示している状態で
は、第２の物体４１と第１の物体４０との対向面積が小
さくなっているものである。すなわち、永久磁石４５・
４６は第１の物体４０の巻線４２ａ〜４４ｂの回転磁界
と鎖交しない部分ができるものである。

【００２２】このとき空隙４８の長さは、（ア）の状態
でも（イ）の状態でも同一である。つまり、空隙４８で
の磁束密度は両状態での差は無いものである。しかし、
第１の物体４０と第２の物体４１との対向面積に大きな
差があるため、永久磁石４５・４６が巻線４２ａ〜４４
ｂと鎖交する磁束の量には大きな差が生ずるものであ
る。本実施例の（イ）の状態のものは、（ア）の状態の
ものの約１／３となっている。

【００２３】以上のように本実施例は、第２の物体４１
を軸４７の方向に可動とする構成として、軸４７に接続
している負荷の種類に応じて第２の物体４１の位置を調
整できるものである。このため、第２の物体４１を構成
する永久磁石４５・４６と、第１の物体４０に設けてい
る巻線４２ａ〜４４ｂと鎖交する磁束の量を加減するこ
とができ、同期機として運転した場合に、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。

【００２４】このため、電源４２に対する力率の調整が
可能となり、効率の高い運転が可能となるほか、電源４
２に他の低力率の負荷を接続した場合には、その無効電
流分を供給し、電源４２から見た力率を改善することも
可能となる。

【００２５】（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４は本実施例の構成を示す分解斜
視図である。本実施例では、第１の物体５０と第２の物
体５１の両方を円板状に構成しており、両者を、軸方向
の空隙５２を介在させて組み立てているものである。第
１の物体５０は、巻線５３ａ・５３ｂ・５４ａ・５４ｂ
・５５ａ・５５ｂと鉄心５６を有している。鉄心５６
は、鉄損を軽減するため、厚さ０．３５ミリメートルの
リボン状の珪素鋼板を、バームクーヘン状に積層してお
り、前記巻線を収容するための放射線状のスロットを有
している。また第２の物体５１は、鉄製のヨーク円板５
７の下面に永久磁石５８・５９を貼り付け、ヨーク円板
５７の上面に軸６０を設けた構成としている。軸６０の
端部には、ボールベアリングによって構成した軸受け６
１を設けている。なお、図示していないが、巻線５３ａ
・５３ｂ・５４ａ・５４ｂ・５５ａ・５５ｂに実施例１
と同様の三相電流を供給する電源を備えている。

【００２６】以下本実施例の動作について説明する。本
実施例では、軸受け６１を上下動自在としていることに
より、空隙５２の大きさを１〜５ミリメートルに調整で
きるものである。空隙５２を小さく調整した場合には、
磁束密度が大となって、永久磁石５８・５９が発生する
磁界は巻線５３ａ・５３ｂ・５４ａ・５４ｂ・５５ａ・
５５ｂに強く作用する。逆に空隙５２を大きく調整した
場合には、磁気抵抗が大となって、永久磁石５８・５９
が発生する磁界は巻線５３ａ・５３ｂ・５４ａ・５４ｂ
・５５ａ・５５ｂに弱く作用する。

【００２７】このとき本実施例によれば、第１の物体５
０と第２の物体５１との対向面積はほぼ一定であるが、
空隙５２の大きさを調整することによって、磁束密度が
変化し、永久磁石５８・５９が発生する磁束が巻線５３
ａ・５３ｂ・５４ａ・５４ｂ・５５ａ・５５ｂと鎖交す
る鎖交磁束の量は変化するものである。

【００２８】したがって本実施例によっても、実施例１
の場合と同様に、第２の物体５１を軸６０の方向に移動
することによって、磁束の量を加減することができる。
このため、同期機として運転した場合には、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
である。

【００２９】このため、電源４２に対する力率の調整が
可能となり、効率の高い運転が可能となるほか、電源４
２に他の低力率の負荷を接続した場合には、その無効電
流分を供給し、電源４２から見た力率を改善することも
可能となる。

【００３０】（実施例３）次に本発明の第３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分解斜視
図である。本実施例では、第１の物体６２と第２の物体
６３の両方を、円錐状としており、第２の物体６３が第
１の物体６２上に空隙６４を介して勘合する構成となっ
ている。第１の物体６２は、円錐面上に、三相巻線を構
成する巻線６５ａ・６５ｂ・６６ａ・６６ｂ・６７ａ・
６７ｂを備えている。巻線６５ａ・６５ｂ・６６ａ・６
６ｂ・６７ａ・６７ｂは、図示していない電源から三相
電力を供給されているものである。第２の物体６３は、
円錐状の鉄製のヨーク６８の内側に永久磁石６９・７０
を有しており、また上部には軸７１と軸受け６１を有し
ている。

【００３１】以上のように本実施例では、第２の物体６
３を上下させることによって、第１の物体６２と第２の
物体６３の対向面積が変化すると共に、空隙６４の大き
さも変化するものである。このため前記各実施例と同
様、第２の物体６３を構成する永久磁石６９・７０と、
第１の物体６２に設けている巻線６５ａ〜６７ｂと鎖交
する磁束の量を加減することができ、同期機として運転
した場合に、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。

【００３２】（実施例４）続いて本発明の第４の実施例
について説明する。図６は本実施例で使用している電源
の構成を示すブロック図である。第１の物体と第２の物
体との構成は、前記各実施例で説明したものと同様とし
ている。

【００３３】本実施例の電源７５は、インバータ７６
と、インバータ７６を制御する制御回路８９と、永久磁
石の位置を検出する位置検知手段９０を備えている。イ
ンバータ７６は、トランジスタとダイオードを並列接続
して構成したスイッチング素子７７〜８２と、スイッチ
ング素子７７〜８２に直流電流を供給する直流電源９１
と、スイッチング素子７７〜８２をオンオフ制御する制
御回路８９を有している。制御回路８９は、位置検知手
段９０を構成するホールＩＣ９２・９３・９４からの信
号に従ってスイッチング素子７７〜８２のオンオフを制
御している。なお直流電源９１は、商用交流電源・整流
回路・フィルタ回路などによって構成したもので、従来
から一般的に使用されているものである。位置検知手段
９０は、第１の物体４０と第２の物体４１との間の空隙
４８に設けたホールＩＣ９２・９３・９４によって構成
しており、各ホールＩＣ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。

【００３４】以上の構成で、制御回路８９は位置検知手
段９０の信号を受けて６個のスイッチング素子７７〜８
２を順次駆動し、第２の物体４１を回転させる。このと
き制御回路８９は、巻線６５ａ〜６７ｂに流れる電流
が、常に永久磁石４５・４６による磁束に対して、電気
的に直角となる角度に制御しているものである。このた
め、本実施例の電源７５を使用することによって、動力
発生装置は直流機と同等の特性を得ることができる。ま
た、電源７５を構成するスイッチング素子７７〜８２の
電流定格値を小さいものとすることも可能となる。

【００３５】さらに、実施例１〜実施例３で説明したよ
うに、接続している負荷の種類に応じて第２の物体４１
を軸方向に移動することによって、永久磁石が発生する
磁界と鎖交する巻線磁束を減少できるものである。この
ため、本実施例の動力発生装置のトルク−速度特性は図
７に示した特性となるものである。図７のａは第１の物
体４０または６２と第２の物体４１または６３との対向
面積を最大とした場合の特性を、ｂは同対向面積を最小
とした場合の特性を示している。つまり、対向面積を最
小としたｂの場合には、無負荷速度が上昇し、低トルク
の負荷である場合には高速での運転が可能となるもので
ある。また、対向面積を最大としたａの場合には、高ト
ルクでの運転が可能となるものである。

【００３６】

【発明の効果】請求項１に記載した発明は、巻線を有す
る円筒状の第１の物体と、前記第１の物体と空隙を有し
て同心に設けた永久磁石を有する円筒状の第２の物体
と、前記巻線に流れる電流を供給する電源とを備え、前
記巻線には永久磁石による磁束が鎖交し、第１の物体と
第２の物体との対向面積は、第２の物体が軸方向に移動
することによって変化することによって力率を調整でき
る構成として、第１の物体と第２の物体との対向面積を
調整できるようにして、力率を調整できる動力発生装置
を実現するものである。

【００３７】請求項２に記載した発明は、巻線を有する
円板状の第１の物体と、前記第１の物体と空隙を介して
設けた永久磁石を有する円板状の第２の物体と、前記巻
線に流れる電流を供給する電源とを備え、前記空隙の大
きさを第１の物体と第２の物体との相対位置によって調
整する構成として、力率の調整がより容易にできる動力
発生装置を実現するものである。

【００３８】請求項３に記載した発明は、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、永久磁石の位置を検
出する位置検知手段を備え、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、高速域での力行運転を可能とした
速度制御性能の高い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】本発明の第１の実施例である動力発生装置の構
成を示す断面図

【図２】同、第２の物体の動作を説明する側面図（ア）第２の物体が第１の物体中に移動した状態を示す
側面図（イ）第２の物体が第１の物体から外に出ている状態を
示す側面図

【図３】同、第１の物体を構成する巻線の接続を示す回
路図

【図４】本発明の第２の実施例の動力発生装置を示す分
解斜視図

【図５】本発明の第３の実施例の動力発生装置を示す分
解斜視図

【図６】本発明の第４の実施例の動力発生装置に使用し
ている電源の構成を示す接続図

【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ブロック図

【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４２電源４２ａ巻線４２ｂ巻線４３ａ巻線４３ｂ巻線４４ａ巻線４４ｂ巻線４５永久磁石４６永久磁石４７軸４８空隙５０第１の物体５１第２の物体５２空隙５３ａ巻線５３ｂ巻線５４ａ巻線５４ｂ巻線５５ａ巻線５５ｂ巻線５８永久磁石５９永久磁石６０軸６２第１の物体６３第２の物体６５ａ巻線６５ｂ巻線６６ａ巻線６６ｂ巻線６９永久磁石７０永久磁石７１軸７５電源７６インバータ７７スイッチング素子７８スイッチング素子７９スイッチング素子８０スイッチング素子８１スイッチング素子８２スイッチング素子８９制御回路９０位置検知手段９１直流電源

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻線を有する円筒状の第１の物体と、前
記第１の物体と空隙を有して同心に設けた永久磁石を有
する円筒状の第２の物体と、前記巻線に流れる電流を供
給する電源とを備え、前記巻線には永久磁石による磁束
が鎖交し、第１の物体と第２の物体との対向面積は、第
２の物体が軸方向に移動することによって変化すること
によって力率を調整できる動力発生装置。
【請求項２】巻線を有する円板状の第１の物体と、前
記第１の物体と空隙を介して設けた永久磁石を有する円
板状の第２の物体と、前記巻線に流れる電流を供給する
電源とを備え、前記空隙の大きさを第１の物体と第２の
物体との相対位置によって調整することによって、力率
を調整できる動力発生装置。
【請求項３】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、永久磁石の位置を検出する位置検知手段を備
え、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または
２に記載した動力発生装置。