(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【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、長寿命で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に設けている。
【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ＶＬと電流ＩＬ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、ＶＬ＝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Ｖ２が正の場合にはダイオード５０がオンし、端子電圧Ｖ２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、長寿命で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、インバータ回路を、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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