(57)【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、前記交流電源の出力電圧の瞬時値を検知する電圧検知手段とスイッチングタイミング制御手段を有し前記位置検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備え、前記スイッチングタイミング制御手段は、前記交流電源の位相に応じて進み位相角を変化させ、前記巻線に前記永久磁石による磁束を弱める向きの電流が流れるように、前記電圧検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のオンオフのタイミング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、インバータの入力電流の瞬時値を検知する電流検知手段とスイッチングタイミング制御手段を有し前記位置検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備え、前記スイッチングタイミング制御手段は、前記交流電源の位相に応じて進み位相角を変化させ、前記巻線に前記永久磁石による磁束を弱める向きの電流が流れるように、前記電流検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御してなる動力発生装置。
【請求項３】
交流電源に直列に接続された第１及び第２の抵抗と、前記両抵抗の接続点と整流回路のマイナス端子間に接続された第３の抵抗とを備え、電圧検知手段は、前記第３の抵抗の両端を出力端子としてなる請求項１記載の動力発生装置。
【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、前記交流電源と同期したリプル波形を出力する波形発生回路とスイッチングタイミング制御手段を有し前記位置検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備え、前記スイッチングタイミング制御手段は、前記交流電源の位相に応じて進み位相角を変化させ、前記巻線に前記永久磁石による磁束を弱める向きの電流が流れるように、前記波形発生回路の出力瞬時値に応じて前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御してなる動力発生装置。
【請求項５】
交流電源の周波数を検知する周波数検知手段を備え、波形発生回路は、前記周波数検知手段の出力に応じたリプル波形を出力してなる請求項４記載の動力発生装置。
【請求項６】
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、直流電源とリプル電圧源を有する脈流電源と、前記脈流電源を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、前記脈流電源のリプル電圧源の瞬時値のみを検知してなる電圧検知手段とスイッチングタイミング制御手段を有し前記位置検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備え、前記スイッチングタイミング制御手段は、前記脈流電源の位相に応じて進み位相角を変化させ、前記巻線に前記永久磁石による磁束を弱める向きの電流が流れるように、前記電圧検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御してなる動力発生装置。
【請求項７】
第２の物体は、逆突極構造としてなる請求項１〜６のいずれか１項に記載の動力発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
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】
従来の技術における、一般にＤＣブラシレスモータと呼ばれる動力発生装置の主要構成図を図１２に示す。図１２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、第１の永久磁石３、第２の永久磁石４、磁性体５、出力軸６により成り立っていて、第１の永久磁石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、第２の永久磁石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〜１０ｂはいずれも、第２の物体２が回転した場合、第１の永久磁石３および第２の永久磁石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、巻線１０ａと巻線１０ｂは各々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、第１の永久磁石３および第２の永久磁石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。
【０００５】
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。
【０００６】
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が少ない、ほぼ完全な直流にすることができるものとなっている。
【０００７】
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。第２の物体２上には、位置検知手段であるホールＩＣ３４が設けられ、第２の物体２が回転運動する際、第１の永久磁石３および第２の永久磁石４の位置を検知して電気的に出力している。
【０００８】
論理回路３２は、ホールＩＣ３４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。
【０００９】
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、ホールＩＣ３４から信号が出力され、その出力信号に応じた信号が論理回路３２から出力され、その結果、駆動回路３１が作用して、トランジスタ１８〜２３の中から選択されたトランジスタに必要な信号を供給するものである。この際、選択されたトランジスタによって、電流が所定の巻線に供給されるが、当該巻線は第１の永久磁石３または第２の永久磁石４の磁束と作用し、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。従って、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、ホールＩＣ３４の作用により、論理回路３２への信号が変化し、論理回路３２の出力信号も変化して、インバータ１７を構成する各トランジスタのオンオフ状態を変化させ、各巻線への電流供給状態が変化させ、継続的にトルクを発生させるようにする。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の技術においては、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の静電容量を非常に大きくする必要があり、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りやすい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、重量も大きく、コスト的にも非常に高価なものとなっていた。
【００１２】
本発明は、上記の課題を解決するもので、交流電源の谷間の位相において、別段の平滑コンデンサを設けずに、所定の動力を確保することを第１の目的とする。
【００１３】
また、第２の目的は、インバータに流入する電流を検出することで、交流電源の谷間の位相における動力を確保することである。
【００１４】
また、第３の目的は、簡易的な電圧検知手段を得ることである。
【００１５】
また、第４の目的は、交流電源と同期したリプル波形を出力させることにより、簡単な構成で、制御回路を構成することである。
【００１６】
また、第５の目的は、交流電源の周波数によらずに、交流電源の谷間の位相における動力を確保することである。
【００１７】
また、第６の目的は、脈流電源のリプルの谷間の位相においても、十分に動力を取り出すことである。
【００１８】
さらに、第７の目的は、リラクタンスによるトルク（あるいは推力）をプラスして、交流電源等の谷間の位相においても、十分に動力を取り出すことである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、本発明は、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、前記交流電源の出力電圧の瞬時値を検知する電圧検知手段とスイッチングタイミング制御手段を有し前記位置検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備え、前記スイッチングタイミング制御手段は、前記交流電源の位相に応じて進み位相角を変化させ、前記巻線に前記永久磁石による磁束を弱める向きの電流が流れるように、前記電圧検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御してなるものである。
【００２０】
また、上記第２の目的を達成するために、本発明は、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、インバータの入力電流の瞬時値を検知する電流検知手段とスイッチングタイミング制御手段を有し前記位置検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備え、前記スイッチングタイミング制御手段は、前記交流電源の位相に応じて進み位相角を変化させ、前記巻線に前記永久磁石による磁束を弱める向きの電流が流れるように、前記電流検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御してなるものである。
【００２１】
また、上記第３の目的を達成するために、本発明は、特に、交流電源に直列に接続された第１及び第２の抵抗と、前記両抵抗の接続点と整流回路のマイナス端子間に接続された第３の抵抗とを備え、電圧検知手段は、前記第３の抵抗の両端を出力端子としてなるものである。
【００２２】
また、上記第４の目的を達成するために、本発明は、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、前記交流電源と同期したリプル波形を出力する波形発生回路とスイッチングタイミング制御手段を有し前記位置検知手段の出力に応じて前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御回路とを備え、前記スイッチングタイミング制御手段は、前記交流電源の位相に応じて進み位相角を変化させ、前記巻線に前記永久磁石による磁束を弱める向きの電流が流れるように、前記波形発生回路の出力瞬時値に応じて前記スイッチング素子のオンオフのタイミングを制御してなるものである。
【００２３】
また、上記第５の目的を達成するために、本発明は、特に、交流電源の周波数を検知する周波数検知手段を備え、波形発生回路は、前記周波数検知手段の出力に応じたリプル波形を出力してなるものである。
【００２４】
また、上記第６の目的を達成するために、本発明は、特に、電圧検知手段を、脈流電源のリプル電圧源のみを検知してなるものである。
【００２５】
また、上記第７の目的を達成するために、本発明の第２の物体は、特に、逆突極構造としてなるものである。
【００２６】
【作用】
本発明は、上記の構成により、交流電源の谷間の位相において、別段の平滑コンデンサを設けずに、所定の動力を確保することができる。
【００２７】
また、インバータに流入する電流を検出することで、簡易的に交流電源の谷間の位相における動力を確保することができる。
【００２８】
また、交流電源に直列に接続された２つの抵抗と、その接続点と整流回路のマイナス側端子間に接続された抵抗を用いることで、簡易的な電圧検知手段を得ることができ、装置の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
【００２９】
また、交流電源と同期したリプル波形を出力させることにより、簡単な構成で、制御回路を構成することができ、装置の性能を最大限に引き出すことができる。
【００３０】
また、周波数検知手段を設けることで、交流電源の周波数によらずに、交流電源の谷間の位相における動力を確保することができる。
【００３１】
また、脈流電源のリプル分を検知する電圧検知手段を用いることで、脈流電源のリプルの谷間の位相においても、十分に動力を取り出すことができる。
【００３２】
さらに、第２の物体を逆突起構造とすることで、リラクタンスによるトルク（あるいは推力）をプラスして、交流電源等の谷間の位相においても、十分に動力を取り出すことができる。
【００３３】
【実施例】
（実施例１）
本発明の第一の実施例における動力発生装置の主要構成図を図１に示す。図１においては、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は各々直列に接続されている。また、第２の物体５２は、第１の永久磁石６３、第２の永久磁石６４、磁性体６５で構成されている。
【００３４】
巻線６０ａ〜６２ｂは、第１の永久磁石６３および第２の永久磁石６４の磁束が作用する位置に設けられ、ホールＩＣ６６は、第１の永久磁石６３および第２の永久磁石６４の位置を検出するものである。
【００３５】
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されている。上下に接続された各スイッチング素子の接続点は、８ａ〜１０ｂの各巻線に接続されている。また、各スイッチング素子は、制御回路１００によってオンオフ制御され、インバータ５５の入力端子は、整流回路５４の出力に接続されている。
この、整流回路５４は、整流用のダイオード１２０〜１２３によって構成され、全波整流を行うものである。また、制御回路１００は、電圧検知手段８１と、スイッチングタイミング制御手段８２とを備え、ホールＩＣ６６からの出力を受け、第２の物体５２と第１の物体５１の間に向かって所定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うものである。また、電圧検知手段８１は、交流電源５３の出力電圧の瞬時値を検知し、スイッチングタイミング制御手段８２により、電圧検知手段８１の出力値に応じて、スイッチング素子６９〜７４のオンオフのタイミングを制御している。更に、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。
【００３６】
以上の構成において、次にその動作説明を行う。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、図３に示されるように、永久磁石による磁束φ０の直角方向に対する進み位相角θであり、スイッチングタイミング制御手段８２の制御タイミングを示した波形、（エ）は出力軸１３０に発生するのトルクの波形である。
【００３７】
本実施例においては、（ア）のＡ点、すなわち交流電源５３の出力電圧が零となる時刻付近で、（ウ）に示す様にスイッチングタイミング制御手段８２の進み位相角θを最大５５度まで増加させていて、その結果として（エ）に示す本実施例のトルクを得ている。これに対し、従来の技術においては、このような進み位相角θの変化は行わず、つねに進み位相角θ＝０として制御しており、その結果、特に交流電源５３の電圧の瞬時値が低い時に巻線に発生する誘導起電力が、回転速度だけによって定まる高い値となり、インバータ５５からのパワー注入能力が著しく低下してしまうことから、（エ）の破線に示すようなトルク波形となり、平均トルクが低くなっていた。
【００３８】
本実施例は、進み位相角θを特に交流電源５３の出力電圧の瞬時値が低い時に大きくすることによって、十分なトルクを得ることが可能となるものである。
【００３９】
図３は、本実施例で、進み位相角θの場合の動作ベクトル図である。図３においては、第１の永久磁石６３および第２の永久磁石６４によって生ずる磁束φ０に対して、巻線に供給される電流Ｉの位相が、９０度以上進んでいることから、Ｉに進み位相角θの正弦を乗じた電流による起磁力が、φ０とは逆向きの磁束φＩｄを発生させ、このφＩｄは、もとのφ０を弱める作用をする（φ０−φＩｄとなったのと等価となる。）。よって、巻線に発生する誘導起電力の値は、φ０がそのまま作用する場合と比して小となり、これによってインバータ５５からの電流の流れ込み、すなわちパワー注入が促進される。
【００４０】
この様に、本実施例では、交流電源５３の出力電圧の瞬時値に応じて、スイッチングタイミング制御手段が、進み位相角θを速やかに変化させ、動力発生性能向上を促している。
【００４１】
加えて、本実施例では、交流電源５３の出力電流が流れる期間がピーク付近だけでなく、瞬時値の低い期間にも及ぶため、交流電源５３から見た力率が高くなり、いわゆる電源高調波の発生も少なくすることができる。したがって、交流電源５３にムリがかかることも少なく、また交流電源５３の電圧ひずみも小さくすることができることから、交流電源５３を他の装置と共用する場合にも、その装置が電源電圧ひずみによって誤動作等を起こす心配もなくなる。
【００４２】
また、進み位相角θを脈動させることにより、出力軸１３０に発生するトルクの脈動も抑えられるので、負荷および第２の物体５２の慣性モーメントが小さい場合でも、特に、交流電源５３の周波数の２倍の周波数成分の速度ムラを抑えることができ、良好な定速特性も実現することができ、トルク脈動に起因する騒音も低減することができる。
【００４３】
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、本実施例においては、平滑コンデンサを全く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。
【００４４】
（実施例２）
本発明の第２の実施例における動力発生装置の主要構成図を図４に示す。図４においては、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、スイッチングタイミング制御手段８２と、電流検知手段８４により構成されており、電流検知手段８４は、例えばマンガニン線等を用いた抵抗８３によって構成されている。スイッチングタイミング制御手段８２は、電流検知手段８４からの信号が小となった時に、スイッチング素子６９〜７４のオンオフのタイミングをホールＩＣ６６の出力に応じて制御（進み位相角θを制御）するものである。
【００４５】
以上の構成において、次にその動作説明を行う。交流電源５３の電圧の瞬時値が高い時には、各巻線に発生する誘導起電力よりも交流電源５３の電圧の方が高いことから、各巻線に対してインバータ５５による電流の注入が行われるため、インバータ５５の入力電流が大きく、よってスイッチングタイミング制御手段８２は進み位相角θ＝０で動作している。
【００４６】
交流電源５３の位相が変わり、電圧の瞬時値が低下した場合、誘導起電力は第２の物体５２の回転数が同一であれば交流電源５３の位相によらず同一であるため、インバータ５５による電流の注入が減り、発生するトルクが減少する。しかし、このときインバータ５５の入力電流も減少することから、電流検知手段８４の出力が低下し、これがスイッチングタイミング制御手段８２に作用し、スイッチングタイミング制御手段８２により進み位相角θを増加させる。
【００４７】
すると、図３と同様の現象で、各巻線に発生する誘導起電力の値が減少することから、交流電源５３の出力電圧の瞬時値が低い場合でも、インバータ５５から各巻線への電流の注入が促進され、トルクを確保することができる。
【００４８】
（実施例３）
本発明の第３の実施例における動力発生装置の主要構成図を図５に示す。図５においては、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１０２は、スイッチングタイミング制御手段８２と電圧検知手段８５によって構成させており、この内スイッチングタイミング制御手段８２については図１と同じものが使用されているが、電圧検知手段８５は、１００ｋΩの抵抗値を持った第１の抵抗８６と、同じく１００ｋΩの抵抗値を持った第２の抵抗８７、および５ｋΩの抵抗値を持った第３の抵抗８８によって構成されている。
【００４９】
以上の構成において、動作の説明を行う。なお、電圧検知手段８５の部分以外の動作は、図１の場合と全く同じで異なるものはない。したがって、ここでは電圧検知手段８５の部分の動作についてのみ説明を行う。
【００５０】
まず交流電源５３の極性がＹよりＸの方が高電位になっている状態においては、Ｘから第１の抵抗８６、第３の抵抗８８を通り、ダイオード１２３を経て交流電源５３のＹ側に戻る経路が活性化し、同時に第２の抵抗８７が、前述の第３の抵抗８８とダイオード１２３の直列回路と並列に接続された状態になる。
【００５１】
ここで、スイッチングタイミング制御手段８２に出力する電圧は、ピークで数ボルト程度としているため、交流電源５３のピーク電圧に対してはかなり低い値となる。よって、本実施例では、第１の抵抗値を第２の抵抗値よりもかなり大きな値とし、電圧検知手段８５の分圧比は１対１よりもかなり低いものとしている。
【００５２】
つぎに、ＸよりＹの方が高電位となっている状態においては、Ｙから第２の抵抗８７、第３の抵抗８８を通り、ダイオード１２２を経て交流電源５３のＸ側に戻る経路が活性化し、同時に第１の抵抗８６が、前述の第３の抵抗８８とダイオード１２２の直列回路と並列に接続された状態になる。
【００５３】
したがって、抵抗を３本使用するだけの簡単な構成でありながら、いずれの位相においても（ＸとＹの電位の高低関係によらず）、常に一定の分圧比をえることができるものとなっている。
【００５４】
しかも、本実施例では、回転速度が上昇し、巻線の誘導起電力が交流電源５３の電圧の瞬時値よりも大きくなった場合にも、ダイオード１２０、１２１により電圧検知手段８５の出力への影響を防止することができる。もし、電圧検知手段が巻線の誘導起電力の影響を受けるものであれば、交流電源の電圧の瞬時値が低下しても、それを検知することができず、結局交流電源からインバータを通じてのパワー注入は、促進されない可能性が発生する。その点、本実施例は、交流電源５３の電圧を誤差無く検知することができることから、適切にスイッチングタイミング制御手段８２に指令を出すことができる。
【００５５】
なお、本実施例では、交流電源５３が単相のものを使用していることから、第１の抵抗は、２本用いているが、特に交流電源は単相に限るものではなく、例えば３相でもよい。その場合には、整流回路もダイオード６本を用いたものを使用し、３本の第１の抵抗をそれぞれの相に接続すればよい。
【００５６】
（実施例４）
本発明の第４の実施例における動力発生装置の主要構成図を図６に示す。図６においては、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１０３は、スイッチングタイミング制御手段８２と波形発生回路８９によって構成させており、スイッチングタイミング制御手段８２については図１と同じものが使用されているが、波形発生回路８９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、交流電源５３の半周期分（６０ＨＺの場合は８．３ミリ秒）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、スイッチングタイミング制御手段８２に出力する構成となっている。
【００５７】
ＲＯＭに蓄えられているデータは、本実施例では合計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、初めの方が小さく、後の方が大きな値となっている。読み出しをスタートしてから４．１７ミリ秒経た時点では、交流電源５３の電圧の瞬時値は、最高となっており、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。スイッチングタイミング制御手段８２は、このような値を入力しながら、図１の場合と同様の進み位相角θの制御を行っていく。
【００５８】
本実施例では、波形発生回路８９内にＲＯＭでデータを書き込んでいることから、製造時に自由自在に進み位相角θの変化波形を書き込むことができ、したがって動力発生装置として、性能が最も良くなるように、データを設定することが簡単に実現できる。更に、本実施例では、交流電源の半波分のさらに半分のデータだけをＲＯＭに書き込む構成としていることから、ＲＯＭの容量が少なくても十分な波形が実現でき、装置の一層の小型化、軽量化、低コスト化が可能となっている。
【００５９】
（実施例５）
本発明の第５の実施例における動力発生装置の主要構成図を図７に示す。図７においては、図６と以下の点が異なっているが、その他の点については、図６と同じ構成となっている。制御回路１０４は、スイッチングタイミング制御手段８２、波形発生回路９５、周波数検知手段９６によって構成させており、この内スイッチングタイミング制御手段８２については図６と同じものが使用されている。
【００６０】
周波数検知手段は、交流電源５３の電圧の瞬時値が零になってから、次に再び零になるまでの時間間隔から、交流電源５３の周波数が５０ＨＺであるか、６０ＨＺかを判定し、５０ＨＺであればＨＩＧＨ信号を出力し、６０ＨＺであればＬＯＷ信号を出力するものである。
【００６１】
波形発生回路９５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、ＲＯＭ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、スイッチングタイミング制御手段８２に出力する構成となっている。
【００６２】
本実施例においては、波形発生回路９５が内部のＲＯＭに蓄えられているデータを読み出す速度は、周波数検知手段９６からの信号がＨＩＧＨかＬＯＷかで異ならせている。すなわち、周波数検知手段９６からの信号がＨＩＧＨの場合には、図６の場合の約５／６倍の速度で、また周波数検知手段９６からの信号がＬＯＷの場合には、図６の場合と同じ速さで読み出すようにしている。
【００６３】
本実施例では、ＨＩＧＨ時には交流電源５３の出力の瞬時値が零となった時点を起点として、５ミリ秒分として順序よく読み出し、５ミリ秒後には逆に読み出す。またＬＯＷ時には図６の時と同様に、４．１７ミリ秒分として順序よく読み出し、４．１７ミリ秒後には逆に読み出す。いずれの場合にも、次に交流電源５３の電圧の瞬時値が零になるころに、ほぼデータを出し終わることになる。スイッチングタイミング制御手段８２は、このような値を入力しながら、図１の場合と同様の進み位相角θの制御を行っていく。本実施例では、波形発生回路８９内にＲＯＭでデータを書き込んでいることから、製造時に自由自在に進み位相角θの変化波形を書き込むことができ、したがって動力発生装置として、性能が最も良くなるように、データを設定することが簡単に実現でき、かつ日本の様に５０ＨＺと６０ＨＺの混在している場合にも、どちらの周波数でも使用できる装置が実現できる。
【００６４】
（実施例６）
本発明の第６の実施例における動力発生装置の主要構成図を図８に示す。図８においては、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。脈流電源１４０は、リプル電圧源１４１と直流電源１４２によって構成され、脈流電源１４０の出力は、インバータ５５に接続されている。
【００６５】
リプル電圧源１４１は、５０Ｈｚでピークが５０Ｖの正弦波交流電圧を発生するものであり、直流電源１４２は７０Ｖの一定電圧を発生するものである。したがって、脈流電源１４０の出力の瞬時値は、最低で２０Ｖ、最高で１２０Ｖに達するものとなっている。電圧検知手段は、脈流電源１４０のリプル電圧源の成分のみを検知する構成となっている。
【００６６】
以上の構成により、図３で説明したと同様の現象が発生し、結果として第１の永久磁石６３および第２の永久磁石６４によってできる磁束を弱める作用が起こる。それによって、各巻線に発生する誘導起電力の値は低くなり、よってＶＩＮが低い時でも、インバータ５５からの電流の流入が促されるので、トルクの発生も大となる。
【００６７】
したがって、出力に大きなリプルを有する脈流電源１４０を使用しながらも、十分な動力を発生することが可能となる。
【００６８】
なお、本実施例においては、脈流電源１４０は、リプル電圧源１４１と直流電源１４２で構成しているが、必ずしもこのようにして構成しなければならないと言うものではない。要するに、出力電圧が脈動（リプル）を含むものであれば何でもよく、例えば商用電源を整流し、その出力に平滑フィルタをいれないもの、あるいは平滑フィルタ回路は設けていても、十分な平滑を行わず、リプル分を多く含んだ状態で使用するものなどであってもよい。
【００６９】
（実施例７）
本発明の第７の実施例の動力発生装置における第２の物体の断面図を図９に示す。本実施例は、回路上の構成は、図８とまったくの同一であり、異なる部分がない。ただし、第２の物体について、その機械的な構成が異なっているにすぎないものである。即ち、図９に示すように、第１の磁性体１７０および第２の磁性体１７１で、永久磁石１７２をサンドイッチにした構成としている。永久磁石１７２は、Ｃ側（図面の左側）がＮ極、Ｄ側（図面の右側）がＳ極となるように設けている。そして、本実施例においては、永久磁石１７２は、減磁に対して十分な耐量があるものを使用している。
【００７０】
この構成によれば、Ｃ−Ｄ軸方向の磁束は、破線のａ、ｂ、ｃ、ｄに示すように、永久磁石１７２を通って流れることになるから、磁気抵抗が大であり、この方向のインダクタンスＬｄは小さくなる。逆にＡ−Ｂ軸方向の磁束は、破線のｅ、ｆ、ｇ、ｈに示すように、永久磁石１７２を通らなくても、第１の磁性体１７０および第２の磁性体１７１という、磁気抵抗の低い部分を通って流れることになることから、磁気抵抗が小であり、この方向のインダクタンスＬｑは大きくなる。このように、Ｌｄ＜Ｌｑとなるような構成は、一般には逆突極と呼ばれる。本実施例で、このような逆突極の特性をもった構成を第２の物体として設けることにより、次のような効果がある。
【００７１】
脈流電源１４０の出力電圧の瞬時値が小となった時に、制御回路１０５の作用により、進み位相角θとなると、巻線に流れる電流の位相も進み、そのために、巻線電流による磁束が、第２の物体５２に対して、ななめ方向に作用する。
【００７２】
ここで、Ｌｄ＝Ｌｑの非突極構造であるならば、ななめ方向からの磁束にたいしても、なんらのリラクタンストルクは発生しないが、本実施例においては、Ｌｄ＜Ｌｑの逆突極構造となっていることから、リラクタンストルクが発生し、かつその向きは、巻線電流と永久磁石による磁束により、フレミングの左手の法則によって発生しているトルクの向きと同一となる。
【００７３】
したがって、特に進み位相角θを正にとっている状態においては、フレミングの左手の法則によって発生しているトルクに、リラクタンストルクが手伝う形となり、トータルとしてのトルクが大きくなり、よって動力発生性能が高くなるという効果がある。
【００７４】
（実施例８）
本発明の第８の実施例の動力発生装置における第２の物体の断面図を図１０に示す。図９では、ＮとＳの２極であったのに対し、図１０においては、極数をＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓの４極としている。図１０においては、第１の永久磁石１７７、１７８、第２の永久磁石１７９、１８０を、磁性体１７３〜１７６の中に埋め込んで設ける構成としている。
【００７５】
この場合にも、やはりａ、ｂ、ｃ、ｄの経路では、磁気抵抗が大きく、Ｌｄが小となり、逆にｅ、ｆ、ｇ、ｈの経路では、磁気抵抗が小さく、Ｌｑが大となり、逆突極の構成となるため、図９の説明で述べたのと同様の効果がある。ただし、図１０においては、４極としていることから、この第２の物体を使用して装置を構成する場合には、第１の物体の構成にも４極対応のために若干の変更が必要となる。
【００７６】
（実施例９）
本発明の第９の実施例の動力発生装置における第２の物体の断面図を図１１に示す。図１１においても、図１０と同様に極数をＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓの４極としている。図１１においては、永久磁石１８５を、磁性体１８９に張り付け、さらにその上から磁性体１８１で覆い隠した構成としている。
【００７７】
この場合にも、やはりａ、ｂ、ｃ、ｄの経路では、磁気抵抗が大きく、Ｌｄが小となり、逆にｅ、ｆ、ｇ、ｈの経路では、磁気抵抗が小さく、Ｌｑが大となり、逆突極の構成となるため、図１０の説明で述べたのと同様の効果が得られる。
【００７８】
なお、各実施例では、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性能確保を行うために、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。
【００７９】
また、各実施例では、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。
【００８０】
また、各実施例では、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。
【００８１】
また、スイッチング素子の種類についても、各実施例においては、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。
【００８２】
また、各実施例は、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。
【００８３】
加えて、各実施例は、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。
【００８４】
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、実施例ではすべて第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。
【００８５】
また、各実施例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。
【００８６】
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、特に交流電源の谷間で完全にインバータ入力電圧が零まで低下するような状況から改善することができるので、性能向上が可能となる。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型・軽量化、および低コスト化を行うことができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、スイッチングタイミング制御手段が、第２の物体と第１の物体間に交流電源の位相に応じた所定の向きの電磁力が発生するように、電圧検知手段の出力に応じてスイッチング素子のオンオフのタイミングを制御することにより、交流電源の谷間の位相において、別段の平滑コンデンサを設けずに、所定の動力を確保することができる。
【００８８】
また、インバータに流入する電流を検出することで、簡易的に交流電源の谷間の位相における動力を確保することができる。
【００８９】
また、交流電源に直列に接続された２つの抵抗と、その接続点と整流回路のマイナス側端子間に接続された抵抗を用いることで、簡易的な電圧検知手段を得ることができ、装置の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。
【００９０】
また、交流電源と同期したリプル波形を出力させることにより、簡単な構成で、制御回路を構成することができ、装置の性能を最大限に引き出すことができる。
【００９１】
また、周波数検知手段を設けることで、交流電源の周波数によらずに、交流電源の谷間の位相における動力を確保することができる。
【００９２】
また、脈流電源のリプル分を検知する電圧検知手段を用いることで、脈流電源のリプルの谷間の位相においても、十分に動力を取り出すことができる。
【００９３】
さらに、第２の物体を逆突起構造とすることで、リラクタンスによるトルク（あるいは推力）をプラスして、交流電源等の谷間の位相においても、十分に動力を取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の動力発生装置の主要構成図
【図２】同、動力発生装置の動作波形図
【図３】同、動力発生装置のベクトル図
【図４】本発明の第２の実施例の動力発生装置の主要構成図
【図５】本発明の第３の実施例の動力発生装置の主要構成図
【図６】本発明の第４の実施例の動力発生装置の主要構成図
【図７】本発明の第５の実施例の動力発生装置の主要構成図
【図８】本発明の第６の実施例の動力発生装置の主要構成図
【図９】本発明の第７の実施例の動力発生装置の第２の物体の構成図
【図１０】本発明の第８の実施例の動力発生装置の第２の物体の構成図
【図１１】本発明の第９の実施例の動力発生装置の第２の物体の構成図
【図１２】従来の動力発生装置の主要構成図
【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
６３  第１の永久磁石
６４  第２の永久磁石
６６  ホールＩＣ
８１  電圧検知手段
８２  スイッチングタイミング制御手段
１００  制御回路
【図１】
0003555274.tif 000002
【図２】
0003555274.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003555274.tif 000006
【図６】
0003555274.tif 000007
【図７】
0003555274.tif 000008
【図８】
0003555274.tif 000009
【図９】
0003555274.tif 000010
【図１０】
0003555274.tif 000011
【図１１】
0003555274.tif 000012
【図１２】
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