(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記第１の巻き線のインダクタンスと前記第２の巻き線のインダクタンスとは、前記第１の物体と前記第２の物体とをいずれかの向きで相対運動させた時、共に増加する期間が存在する電動機。
【請求項２】
磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記第１の物体が有している磁性体と、前記第２の物体が有している磁性体との間の空隙は、相対運動によって漸減するようにした電動機。
【請求項３】
電動機と、前記電動機を駆動するインバータ回路とからなり、前記電動機は、磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記インバータ回路は、直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、高電位側ダイオードと低電位側スイッチング素子を直列に接続した第１の直列回路と、高電位側スイッチング素子と低電位側ダイオードを直列に接続した第２の直列回路とを有し、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路の両端は並列接続され、その両端は前記直流電源の両端に接続し、前記第１の巻線の一方の端子は前記高電位側ダイオードと前記低電位側スイッチング素子の接続点に接続し、前記第１の巻線の他の端子は前記２個のコンデンサの接続点に接続し、前記第２の巻線の一方の端子は前記高電位側スイッチング素子と前記低電位側ダイオードの接続点に接続し、前記第２の巻線の他の端子は前記２個のコンデンサの接続点に接続したインバータ装置。
【請求項４】
３相の巻線を有する電動機と、前記３相の巻線にそれぞれに電流を供給するインバータ回路とからなり、前記インバータ回路は直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、前記直流電源の高電位側に接続した２個のダイオードと低電位側に接続した２個のスイッチング素子とを有する２個の直列回路と、前記直流電源の高電位側に接続した１個のスイッチング素子と低電位側に接続した１個のダイオードとを有する１個の直列回路とを有し、前記３個の直列回路の両端は並列に接続して前記直流電源の両端に接続し、前記３相の巻線の一方の端子は前記ダイオードと前記スイッチング素子の接続点に接続し、前記３相の巻線の他端は前記２個のコンデンサの接続点に接続したインバータ装置。
【請求項５】
３相の巻線を有する電動機と、前記３相の巻線にそれぞれに電流を供給するインバータ回路とからなり、前記インバータ回路は直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、前記直流電源の高電位側に接続した２個のスイッチング素子と低電位側に接続した２個のダイオードとを有する２個の直列回路と、前記直流電源の高電位側に接続した１個のダイオードと低電位側に接続した１個のスイッチング素子とを有する１個の直列回路とを有し、前記３個の直列回路の両端は並列に接続して前記直流電源の両端に接続し、前記３相の巻線の一方の端子は前記ダイオードと前記スイッチング素子の接続点に接続し、前記３相の巻線の他端は前記２個のコンデンサの接続点に接続したインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般家庭や工場、店舗、事務所などの産業用として使用される、空調機器、家事機器、回転調理器などに使用される電動機と前記電動機を含むインバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空調機器、家事機器、回転調理器などに使用される電動機を制御するインバータ装置は、図１０に示すような構成となっている。図１０は、従来のインバータ装置の回路図である。
【０００３】
すなわち従来のインバータ装置は、直流電源１と、電動機３の巻き線を含むインバータ回路２によって構成している。直流電源１は、商用電源４に接続した整流回路５と、整流回路５の出力に接続した平滑用のチョークコイル６と平滑用のコンデンサ７を有している。
【０００４】
インバータ回路２は、直流電源１からの直流電圧を受けて動作するもので、スイッチング素子８、９、１０、１１、１２、１３と、ダイオード１４、１５、１６、１７、１８、１９と、各スイッチング素子のオンオフを制御する制御回路２０によって構成している。
【０００５】
電動機３の巻き線は、巻線２１、２２、２３となっており、それぞれ前記各スイッチング素子に接続されている。  図１０は、電動機３の構成を示す断面図である。電動機３は、回転子２４と固定子２５によって構成され、回転子２４は軸２６を中心に回転自在に設けられている。
【０００６】
回転子２４は、４つの歯部のある鉄心を有しており、固定子２５は、６つの歯部のある鉄心２８と、各歯部に巻かれて設けられたコイル２９、３０、３１、３２、３３、３４を有している。
【０００７】
図１２は、電動機３の各コイルの接続を示す結線図である。コイル２９とコイル３０、コイル３１とコイル３２、コイル３３とコイル３４とはそれぞれ直列に接続されている。また図１１に示しているように、各コイルはそれぞれ６０°間隔となるように配置されて、電動機３が３相モータとなるような構成となっている。すなわち、コイル２９とコイル３０の直列体は３相の内の１相の巻線２１を構成し、同様にコイル３１とコイル３２の直列体は３相の内の他の１相の巻線２２を構成し、コイル３３とコイル３４の直列体は３相の内のさらに他の１相の巻線２３を構成している。
【０００８】
各巻線の端子ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆは、図１０に示しているようにスイッチング素子１４，１５，１６，１７，１８，１９に接続されている。
【０００９】
以上の構成で、回転子２４が軸２６を中心に回転すると、回転子２４の歯部と、固定子２５の歯部との間の空隙の大きさは、時間的に変化するものとなる。この結果各コイルの自己インダクタンスの値は、回転子２７の回転によって増減するものとなる。制御回路２０は、スイッチング素子８、９、１０、１１、１２、１３のそれぞれをオンオフして、前記直列体２１、２２、２３に順序よく電流を供給する。このとき、前記各コイルの自己インダクタンスが増加するタイミングで直列体に給電するようにして、効率よくトルクを発生させるようにしている。こうして回転子２７は回転し、この回転を軸２６を使用して外部に伝達して利用している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の構成のものは、インバータ回路を構成する部品の点数が多い、またこのため装置が大型化するという課題を有している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１の物体に設けている第１の巻線と第２の巻線のインダクタンスの変化の位相差を１８０°に設定するようにして、２個のスイッチング素子で構成したインバータ回路によって駆動できるようにして、小形化、軽量化した電動機としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載した発明は、磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記第１の巻き線のインダクタンスと前記第２の巻き線のインダクタンスとは、前記第１の物体と前記第２の物体とをいずれかの向きで相対運動させた時、共に増加する期間が存在することで、第１の巻線または第２の巻線に電流を供給するようにして、２個のスイッチング素子で駆動できる簡単な構成で、低コスト化、小形化、軽量化した電動機を実現するとともに、確実に推力もしくはトルクを発生させることができ、停止状態からの起動性能の優れた電動機としている。
【００１３】
請求項２に記載した発明は、磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記第１の物体の磁性体と、前記第２の物体の磁性体との間の空隙は、相対運動によって漸減するようにした構成として、２個のスイッチング素子で駆動できる簡単な構成で、低コスト化、小形化、軽量化した電動機を実現するとともに、確実に推力またはトルクを発生させることができ、停止状態からの起動性能の優れた電動機としている。
【００１４】
請求項３に記載した発明は、電動機と、前記電動機を駆動するインバータ回路とからなり、前記電動機は、磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記インバータ回路は、直列接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、高電位側ダイオードと低電位側スイッチング素子を直列に接続した第１の直列回路と、高電位側スイッチング素子と低電位側ダイオードを直列に接続した第２の直列回路を有し、第１の直列回路と第２の直列回路の両端は並列に接続し、かつその両端を直流電源の両端に接続し、第１の巻線の一方の端子は前記高電位側ダイオードと前記低電位側スイッチング素子の接続点に接続し、第１の巻線の他の端子は２個のコンデンサの接続点に接続し、第２の巻線の一方の端子は前記高電位側スイッチング素子と前記低電位側ダイオードの接続点に接続し、第２の巻線の他の端子は２個のコンデンサの接続点に接続した構成として、使用するスイッチング素子の個数を２個とでき、非常に簡単な構成のインバータ装置としている。
【００１５】
請求項４に記載した発明は、３相の巻線を有する電動機と、前記３相の巻線にそれぞれに電流を供給するインバータ回路とからなり、前記インバータ回路は直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、前記直流電源の高電位側に接続した２個のダイオードと低電位側に接続した２個のスイッチング素子とを有する２個の直列回路と、前記直流電源の高電位側に接続した１個のスイッチング素子と低電位側に接続した１個のダイオードとを有する１個の直列回路とを有し、前記３個の直列回路の両端は並列に接続して前記直流電源の両端に接続し、前記３相の巻線の一方の端子は前記ダイオードと前記スイッチング素子の接続点に接続し、前記３相の巻線の他端は前記２個のコンデンサの接続点に接続するようにして、使用するスイッチング素子の数を３個とした、非常に簡単な構成のインバータ装置としている。
【００１６】
請求項５に記載した発明は、３相の巻線を有する電動機と、前記３相の巻線にそれぞれに電流を供給するインバータ回路とからなり、前記インバータ回路は直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、前記直流電源の高電位側に接続した２個のスイッチング素子と低電位側に接続した２個のダイオードとを有する２個の直列回路と、前記直流電源の高電位側に接続した１個のダイオードと低電位側に接続した１個のスイッチング素子とを有する１個の直列回路とを有し、前記３個の直列回路の両端は並列に接続して前記直流電源の両端に接続し、前記３相の巻線の一方の端子は前記ダイオードと前記スイッチング素子の接続点に接続し、前記３相の巻線の他端は前記２個のコンデンサの接続点に接続するようにして、使用するスイッチング素子の数を３個とした、非常に簡単な構成のインバータ装置としている。
【００１７】
【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、本実施例のインバータ装置の回路の構成を示す回路図である。
【００１８】
本実施例のインバータ装置は、電動機４３を駆動しているものである。すなわち、直流電源４１と、インバータ回路４２と、電動機４３によって構成している。直流電源４１は、商用電源４４と、商用電源４４に接続した整流回路４５と、整流回路４５の交流側に接続した平滑用のチョークコイル４６を有している。前記整流回路４５は、平滑用の直列に接続した２個の電解式のコンデンサ４７、４８を使用する倍電圧整流形のものを使用している。
【００１９】
また、インバータ回路４２は、第１の直列回路５５と、第２の直列回路６１と、制御回路６２とを有している。第１の直列回路５５はダイオード５３とスイッチング素子５４によって構成しており、直流電源４１の高電位側にはダイオード５３を低電位側にはスイッチング素子５４を接続している。また、第２の直列回路６１はスイッチング素子６０とダイオード５９によって構成しており、直流電源４１の高電位側にはスイッチング素子６０を、直流電源４１の低電位側にはダイオード５９を接続している。また、前記第１の直列回路５５と第２の直列回路６１の両端は並列接続され、その両端は、直列に接続したコンデンサ４７、コンデンサ４８の両端に接続している。
【００２０】
電動機４３は、第１の巻線６５と第２の巻線６６と位置検知器６７とを備えている。第１の巻線６５は共通端子６８と端子６９間に接続され、第２の巻線６６は共通端子６８と端子７１間に接続している。前記第１の巻線６５を接続している端子６９には、前記第１の直列回路５５を構成しているダイオード５３とスイッチング素子５４の接続点に接続しており、第１の巻線６５を接続している共通端子６８は、コンデンサ４７とコンデンサ４８の接続点に接続している。また第２の巻線６６を接続している端子７１には、前記第２の直列回路を構成するスイッチング素子６０とダイオード５９の接続点を接続している。また、第２の巻線６６の他端は前記共通端子６８となっている。
【００２１】
また、前記スイッチング素子５４とスイッチング素子６０とは、いずれも位置検知器６７からの信号Ｓを受けた制御回路６２からの信号Ｑ１、Ｑ２によってオンオフ制御されている。
【００２２】
本実施例においては、位置検知器６７は、一般にフォトインタラプタなどと称されている光学式のものを使用していて、図２に示している第１の物体６３と第２の物体の相対位置、すなわち回転角度に応じてハイ、もしくはローの信号を出力するものとなっている。
【００２３】
図２は、電動機４３の断面図を示している。すなわち、（ア）は本実施例の電動機４３の上層部の形状を説明する上面から見た平面図、（イ）は全体の形状を説明する側面図、（ウ）は下層部の形状を説明する下面から見た平面図である。
【００２４】
本実施例の電動機４３は、磁性体１２３を有する第１の物体６３と、磁性体１２４を有している第１の物体６３ａと、前記第１の物体６３、６３ａと相対的に運動可能とした第２の物体６４によって構成している。第２の物体６４には、コイル１１４とコイル１１５によって構成している第１の巻線６５と、コイル１１８とコイル１１９によって構成している第２の巻線６６を設けている。前記コイル１１４、コイル１１５、コイル１１８、コイル１１９は珪素鋼板を積層してなる鉄心１２１が構成している歯部に設けている。また本実施例では、コイル１１４とコイル１１５とは１８０°の角度となるように、またコイル１１４とコイル１１５とは１８０°の角度となるように、また、コイル１１８とコイル１１４とは９０°の角度となるように配置している。
【００２５】
また軸１２０は、電動機４３の動力を機械的な負荷に出力するものであり、一般にロータあるいは回転子と呼ばれる第１の物体６３と第１の物体６３ａの中心を貫いて設けている。また、軸１２０はベアリング１２５、ベアリング１２６によって、回転自在に支持されている。
【００２６】
また前記第１の物体６３を構成する磁性体１２３と、第１の物体６３ａを構成する磁性体１２４とは、いずれも図２（ア）と図２（ウ）に示しているように外周を渦巻き状の形状としている。このため、第２の物体６４を構成する鉄心１２１の歯部との間の空隙長Ｌｇは、例えば第１の物体６３の回転とともに周期的に変化し、かつ空隙長Ｌｇが漸減する区間を有するものである。
【００２７】
図３は、前記電動機４３の第１の巻線６５と第２の巻線６６の結線を示す接続図である。本実施例では、コイル１１４とコイル１１５、コイル１１８とコイル１１９とはそれざれ逆極性となるような配置としている。すなわち各コイルの片側に付した黒丸印は、コイルの極性を示すものであり、黒丸印のある側から電流を流し込んだ場合には、鉄心１２１鉄心１２２の内側、すなわち第１の物体６３の磁性体１２３と磁性体１２４と対向する第２の物体６４側にＳ極が発生することを示している。
【００２８】
コイル１１４とコイル１１５は直列に接続され第１の巻線６５を構成し、コイル１１８とコイル１１９は直列に接続され第２の巻線６７を構成している。
【００２９】
以上の構成とすることによって、第１の物体６３が図２に矢印に示している方向に回転運動をした場合、回転の角度によって空隙長Ｌｇが漸減する区間を有し、周期的なＬｇの変化に応じて、第１の巻線６５と第２の巻線６６は、いずれも周期的にインダクタンスが変化するものとなる。
【００３０】
かつ、そのインダクタンス変化の波形は、前記第１の巻線と前記第２の巻線でほぼ１８０度の位相差を有するものとなる。
【００３１】
ここでのインダクタンスは自己インダクタンスであり、本実施例は第１の巻線６５と第２の巻線６６の磁気回路がほぼ完全に独立したものとしていることから、相互インダクタンスはほぼゼロとなっている。
【００３２】
なお、ここで上記位相差は電気角であり、本実施例ではインダクタンス変化の周期は回転角（機械角）の半分となり、電気角は回転の角度（機械角）の２倍となる。
【００３３】
図４は、本実施例１のインバータ装置の動作波形図を示しており、図４（ア）は第１の巻線６５のインダクタンス値Ｌ１、図４（イ）は第２の巻線６６のインダクタンス値Ｌ２を示している。また図４（ウ）は位置検知器６７の出力信号Ｓの波形を、図４（エ）はスイッチング素子５４のオンオフ信号の波形をＱ１として示しており、図４（オ）はスイッチング素子６０のオンオフ信号の波形をＱ２として示しており、図４（カ）は第１の巻線６５に流れる電流ｉ１の波形を、図４（キ）は第２の巻線６６に流れる電流ｉ２の波形を示している。
【００３４】
なおいずれの図も、横軸は回転の角度すなわち機械角で示しており、回転の向きは、第１の物体６３が、矢印に示した方向となる向きである。また電気角は、前述したように機械角の２倍となる。
【００３５】
以下、本実施例の動作について説明する。本実施例では、第１の物体６３を構成する磁性体１２３及び第１の物体６３ａを構成する磁性体１２４と、第２の物体６４を構成する鉄心１２１の歯部とが構成する空隙長Ｌｇは傾斜した構成としているものである。このため、例えば第１の物体６３及び第１の物体６３ａを反時計方向に回転させると、第２の物体６４を構成している鉄心１２１の歯部に配置している第１の巻線６５及び第２の牧瀬委６６が有しているインダクタンスＬ１、Ｌ２は、図４（ア）図４（イ）に示しているように周期的に変動する。この変動は、いずれも機械角１２０度（電気角２４０度）の間は空隙の漸減に伴い徐々に増加し、機械角６０度（電気角１２０度）の間は空隙の急増に伴い急減するものとなっている。また、機械角７５度から１０５度の期間、および機械角１６５度から１９５度の期間は、第１の巻線６５のインダクタンスＬ１と第２の巻線６６のインダクタンスＬ２が共に増加する期間となっている。
【００３６】
また、図４（ウ）に示しているように、位置検知器６７は、機械角８５度から機械角１７５度の間の９０度はハイを示す信号をＳ信号を出力しており、機械角１７５度と機械角２６５度の間の９０度はローを示す信号を出力しているものである。すなわち、位置検知器６７は、機械角１８０度の周期でハイ期間とロー期間とを繰り返す信号を発生している。
【００３７】
また図４（エ）に示しているように、制御回路６２が発生するスイッチング素子５４を駆動する信号Ｑ１は、前記位置検知器６７のＳ信号がローの期間にオン、ハイの期間にオフとなっている。またこのオンの期間は、図４（ア）に示している第１の巻線６５が有しているインダクタンスＬ１が増加する期間内となっている。
【００３８】
同様に、制御回路６２が発生するスイッチング素子６０を駆動する信号Ｑ２は、位置検知器６７のＳ信号がハイの期間にオン、ローの期間にオフとなっている。このオンの期間は、第２の巻線６６が有しているインダクタンスＬ２が増加する期間内となっている。
【００３９】
一般に自己インダクタンスの増加量がｄＬ／ｄθの時に電流ｉを通ずると、リラクタンストルクが発生し、０．５×（ｉの自乗）×ｄＬ／ｄθの動力が発生するものとなる。第１の巻線６５に流れる電流ｉ１は、ちょうどインダクタンスＬ１が増加する期間内であるので、磁性体１２３にリラクタンストルクを生むことになる。この電流ｉ１は、機械角８５度と機械角２６５度でスイッチング素子５４がオフとなっても、インダクタンスＬ１に蓄えられたエネルギーのために、すぐには電流ｉ１はゼロとはならないものである。すなわち、電流ｉ１が０となるタイミングは、それぞれ機械角で１５度後の１００度、２８０度の位置となるものである。
【００４０】
この間はダイオード５３が導通状態となっており、低電位側のスイッチング素子５４のコレクタの電位は、ほぼコンデンサ４８のプラス端子の電位まで上昇した状態となり、コンデンサ４８に充電電流が供給されている。ダイオード５３が導通状態となっている期間であっても、インダクタンスＬ１は増加を継続しているため、コンデンサ４８に電力が回生されつつ、なおトルクも生むものとなる。
【００４１】
この期間の間に、第２の巻線６６には、電流ｉ２が流れ始めるので、トルク（機械出力パワー）は、磁性体１２４にも発生するものとなる。
【００４２】
よって、前記ダイオード５３の電流の一部は、スイッチング素子６０に流れ、残りの電流がコンデンサ４８を充電するものである。また第２の巻線６６に流れる電流ｉ２をオフにする際も、同様の動作となる。
【００４３】
このように、本実施例によれば、第１の巻線６５のインダクタンスＬ１と、第２の巻線６６のインダクタンスＬ２が共に増加する期間が存在する構成としているため、連続してリラクタンストルクが得られるものとなり、トルクリプルの少ない運転ができ、また起動時においては、いずれの機械角の位置で停止していても、Ｌ１とＬ２の少なくとも一方は、反時計方向の回転ではインダクタンスが増加するため、図２に矢印で示す方向の起動トルクを得ることができ、起動することができるものとなる。
【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は本実施例のインバータ装置の回路を示す接続図である。
【００４５】
本実施例では、電動機４３は、２個の第１の巻線６５、１６５と、第２の巻線６６を有しており、第１の巻線と前記第２の巻線の合計数は３個となっている。
【００４６】
インバータ回路４２を構成する直流電源４１は、実施例１と同様、直列に接続した２個のコンデンサ４７、４８を有する倍電圧整流形とし、また高電位側に接続したダイオード１５３と低電位側に接続したスイッチング素子１５４とを直列に接続した第１の直列回路１５５を実施例１の構成に追加して有しているものである。従って、第１の直列回路５５，１５５と第２の直列回路６１の３個の直列回路を有する構成となっている。この第１の直列回路５５と第１の直列回路１５５と第２の直列回路６１の両端は並列に接続されており、直流電源４１の両端に接続されている。
【００４７】
また、第１の巻線１６５の一方の端子は、ダイオード１５３とスイッチング素子１５４の接続点に接続しており、第１の巻線１６５の他の端子は２個のコンデンサ４７、４８の接続点に接続している。
【００４８】
制御回路１６２は、位置検知器１６７ａ、１６７ｂ、１６７ｃから信号Ｓを受け、前記スイッチング素子５４、１５４、６０のオンオフを制御している。
【００４９】
つまり本実施例は３相構成としているため、３個の位置検知器１６７ａ、１６７ｂ、１６７ｃを使用しているものである。
【００５０】
図６は、本実施例の電動機４３の構成を示す断面図である。本実施例では、第２の物体６４は、鉄心１９９を有している。鉄心１９９は、６０度間隔で配置した６カ所の歯部を有している。前記６カ所の歯部のそれぞれには、コイル２００、コイル２０１、コイル２０２、コイル２０３、コイル２０４、コイル２０５を配置している。
【００５１】
また第１の物体６３は、鉄心を用いている磁性体２１０によって構成している。また第１の物体６３は、９０度間隔に設けている４つの歯部を有しており、軸２２０を中心に回転自在となっている。
【００５２】
図７は、本実施例の電動機の第１の巻線６５、第１の巻線１６５、および第２の巻線６６の結線図である。各コイルの片側に付した黒丸印は、コイルの極性を示すものであり、黒丸印のある側から電流を流し込んだ場合には、第２の物体６４の内側、すなわち第１の物体６３の対向する側にＳ極が発生することを示している。
【００５３】
コイル２００とコイル２０１は直列に接続され第１の巻線６５を構成し、コイル２０２と２０３は直列に接続され第１の巻線１６５を構成し、コイル２０４とコイル２０５は直列に接続され第２の巻線６７を構成している。すなわち、コイル２０１とコイル２０２とこいる２０３とは、３相電動機の巻線を構成している。
【００５４】
また本実施例では、磁性体２１０の歯部と鉄心１９９の歯部とが構成している空隙は、実施例１で説明したと同様、周期的に変化するものとなっている。従って３相巻線を構成している第１の巻線６５、１６５と第２の巻線６６のインダクタンスの値は、第１の物体６３の回転運動に応じて変化するものとなる。
【００５５】
また図７に示しているように、本実施例では各巻線の出力端子は、共通端子６８と、端子６９と、端子１６９、端子７１の合計４となっている。第１の巻線６５と第１の巻線１６５と第２の巻線６６とは、互いに１２０度の電気角を隔てて配置されており、前記各巻線の一端は共通端子６８に接続されている。
【００５６】
また、第２の巻線６６は、共通端子６８から電流を流した際に発生する磁束の向きが、第１の巻線６５と第１の巻線１６５に対して逆方向となるように接続している。
【００５７】
以下、本実施例の動作について説明する。本実施例の各巻線は、スイッチング素子５４がオンした場合には、共通端子６８から端子６９に電流が流れて、図６に示すＡの方向に磁束が発生する。同様に、スイッチング素子１５４がオンした場合には、共通端子６８から端子１６９に電流が流れて、図６に示すＢの方向に磁束が発生する。また、スイッチング素子６０がオンした場合には、電流は逆に端子７１から共通端子６８に向かって巻線６６を流れるものとなるが、コイル２０４、２０５は、他の相のコイルとは逆の極性であることから結果的にＣの向きに磁束が生ずるものとなる。
【００５８】
前記磁束の方向Ａ、Ｂ、Ｃは、１２０度ずつずれたバランスの良い形となっているものである。つまり、第１の物体６３は、スムーズな回転駆動がなされるものとなる。
【００５９】
図８は、本実施例の装置の動作状態を示す波形図である。図８（ア）は、図５に示している位置検知器１６７ａの出力波形を、図８（イ）は位置検知器１６７ｂの出力波形を、図８（ウ）は位置検知器１６７ｃの出力波形を示している。また図４（エ）、図４（オ）、図４（カ）はいずれも制御回路１６２からの出力波形であり、それぞれスイッチング素子５４、スイッチング素子１５４、スイッチング素子６０をオンオフさせるゲート信号の波形を示している。
【００６０】
例えば図８に示しているように、時刻ｔ５で、スイッチング素子５４をオンすると、コンデンサ４７からの電流は、共通端子６８から第１の巻線６５を経て端子６９に流れて、第１の物体６３はリラクタンストルク（回転力）を受ける。
【００６１】
時刻ｔ６で、スイッチング素子５４が制御回路６２によってオフされると、第１の巻線６５のインダクタンスに蓄えられたエネルギーは、ダイオード５３を通ってコンデンサ４８に蓄えられる。
【００６２】
時刻ｔ４で、スイッチング素子１５４がターンオフされたときにも同様である。
【００６３】
時刻ｔ６〜時刻ｔ８の期間には、コンデンサ４８からスイッチング素子６０を経て、第２の巻線６６に電流が供給され、第１の物体６３は、やはりリラクタンストルクを受けるものとなる。
【００６４】
時刻ｔ８で、スイッチング素子６０がターンオフすると、第２の巻線６６のインダクタンスに蓄えられたエネルギーによって、ダイオード５９を通してさらに若干の電流が第２の巻線６６に流れる。このときこの電流は、インダクタンスに蓄えられたエネルギーがコンデンサ４７にほぼ完全に回収されるまでの間継続して流れるものである。
【００６５】
以上の様に、本実施例では特に３相で３石という極めて簡単な構成のインバータ回路４２とし、各スイッチング素子のオンオフのために制御回路１６２内部に必要な駆動回路の構成も簡単なものとしながらも、ターンオフ時にインダクタンスに蓄えられたエネルギーをコンデンサ４７、４８に回収し、再び利用できる構成とすることができるものである。
【００６６】
なお本実施例では、インバータ回路４２を図５に示しているように、２つの第１の直列回路５５と、１つの第２の直列回路６１とによって構成している。すなわち、直流電源４１の高電位側に接続しているダイオード５３及び１５３と、低電位側に接続しているスイッチング素子５４及び１５４と、直流電源４１の高電位側に接続しているスイッチング素子６０と、低電位側に接続しているダイオード５９によって構成しているものである。しかしこの構成を、図９に示しているように、直流電源４１の高電位側に接続しているダイオード５３と、低電位側に接続しているスイッチング素子５４の直列回路と、直流電源４１の高電位側に接続しているスイッチング素子６０及びスイッチング素子１５４と、低電位側に接続しているダイオード５９及びダイオード１５３によって構成している直列回路６１と直列回路１５５によって構成するようにしても支障はないものである。
【００６７】
なお、スイッチト・リラクタンス・モータと呼ばれるこの種の電気機械においては、発生するトルクの向きは、電流の極性には原理的には無関係であるので、特に第１の巻線６５、１６５、第２の巻線６６間の相互インダクタンスの値が小さい場合などには、電動機４３の構成については第２の巻線６６を逆極性とする必要はない。
【００６８】
また本実施例では、電動機４３は、一般にスイッチト・リラクタンス・モータと呼ばれる原理で動作する、磁性体を持った第１の物体を用いたリラクタンストルクを発生させるものとしたが、特にこの形のものである必要はなく、永久磁石を使用したものであってもかまわない。
【００６９】
以上のように本実施例によれば、必要とするスイッチング素子の数が合計３個となっており、従来の３相電動機の構成の半分で済む非常に簡単な構成となっているものである。また本実施例では３相電動機を使用する構成としているため、回転方向を前記３個のスイッチング素子のオンの順序によって自由に変えることができるものである。
【００７０】
また本実施例では、第１の直列回路を２個とし第２の直列回路を１個としていることから、高電位側に配置しているスイッチング素子が１個で済む簡単な構成としている。しかし、第１の直列回路を１個として第２の直列回路の数を２個としてもよく、その場合にも３相の電動機を駆動することができるものとなる。
【００７１】
なお、実施例１と実施例２においては、電動機４３は、第１の物体６３が第２の物体６４の内側で回転自在に設けているものを示しているが、これについても特にこのような構成に限られるものではなく、一般にアウターロータと呼ばれるような第１の物体が第２の物体の外側となって回転自在に設けられたものや、軸方向のギャップを隔てて、第１の物体と第２の物体が面で対向する形のもの、また第１の物体と第２の物体をいずれも直線状の形状として、直線運動を行わせるリニアモータと称される形のものであってもよく、運動する側と静止している側についても、各実施例で述べられているような第１の物体が運動し、第２の物体は静止しているものに限定されるものでもない。逆に第１の物体が静止していて、第２の物体が運動するもの、あるいは第１の物体と第２の物体のいずれもが運動する構成のものであっても支障はないものである。
【００７２】
（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９は本実施例のインバータ装置の構成を示す回路図である。本実施例のインバータ装置は、３相の巻線６５と６６と１６５を有する電動機４３と、前記３相の巻線６５と６６と１６５のそれぞれに電流を供給するインバータ回路４２とから成っている。
【００７３】
前記電動機４３の巻線６５は、他の２つの巻線６６と１６５とは逆極性に巻いた構成としている。前記インバータ回路４２は直列に接続した２個のコンデンサ４７及び４８を有する倍電圧整流形の直流電源４１と、前記直流電源４１の高電位側に接続した１個のダイオード５３と低電位側に接続した１個のスイッチング素子５４とを有する１個の直列回路５５と、前記直流電源４１の高電位側に接続した２個のスイッチング素子６０及び１５４と低電位側に接続した２個のダイオード５９及び１５３とを有する２個の直列回路６１及び１５５とを有している。前記３個の直列回路５５と６１と１５５の両端は並列に接続して前記直流電源４１の両端に接続し、前記３相の巻線６５と６６と１６５の一方の端子は前記２個のコンデンサの接続点に接続している。また前記３相の巻線６５と６６と１６５の他方の端子は、前記インバータ回路のスイッチング素子とダイオードの接続点に接続しているものである。すなわち、巻線６６の一方の端子ダイオード５９とスイッチング素子６０の接続点に、巻線１６５の一方の端子はスイッチング素子１５４とダイオード１５３の接続点に、巻線６５の一方の端子はスイッチング素子５４とダイオード５３の接続点に接続している。
【００７４】
前記直列回路６１及び直列回路１５５を構成しているスイッチング素子６０及びスイッチング素子１５４は、直流電源４１の高電位側に接続しており、ダイオード５９及びダイオード１５３は直流電源４１の低電位側に接続している。また直列回路５５を構成しているスイッチング素子５４は、直流電源４１の低電位側に接続しており、またダイオード５３は直流電源４１の高電位側に接続している。
【００７５】
以上のように、本実施例では３相の電動機４３の巻線構成を、巻線６５が他の２つの巻線６６及び１６５と逆極性となるようにしているものである。このため、前記各実施例で説明したと同様に、電動機４３のロータに継続してトルクを発生させることができ、かつ各巻線のインダクタンスに蓄えられるエネルギーを有効に利用できるものである。
【００７６】
すなわち、使用するスイッチング素子の数を３個とした、非常に簡単な構成のインバータ装置を実現できるものである。また、例えばスイッチング素子５４がオンとなっている時に第１の巻線６５に供給された電流が、制御回路１６２がスイッチング素子５４をオフした瞬間に、ダイオード５３を経てコンデンサ４８に一旦吸収され、その後制御回路１６２がスイッチング素子６０または１５４をオンした時に、前記コンデンサ４８に吸収されていたエネルギーが再び電動機４３に供給されて、エネルギーが再利用可能となっているものである。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１に記載した発明は、磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記第１の巻き線のインダクタンスと前記第２の巻き線のインダクタンスとは、前記第１の物体と前記第２の物体とをいずれかの向きで相対運動させた時、共に増加する期間が存在する構成として、２個のスイッチング素子で駆動できる簡単な構成で、低コスト化、小形化、軽量化した電動機を実現するとともに、確実に推力またはトルクを得ることができ、また停止状態からの起動が容易にできる起動性能の優れた電動機を実現するものである。
【００７８】
請求項２に記載した発明は、磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記第１の物体が有している磁性体と、前記第２の物体が有している磁性体との間の空隙は、相対運動によって漸減するようにした構成として、２個のスイッチング素子で駆動できる簡単な構成で、低コスト化、小形化、軽量化した電動機を実現するとともに、確実に推力またはトルクを得ることができ、また停止状態からの起動が容易にできる起動性能の優れた電動機を実現するものである。
【００７９】
請求項３に記載した発明は、電動機と、前記電動機を駆動するインバータ回路とからなり、前記電動機は、磁性体を有する第１の物体と、前記第１の物体と相対的に運動可能な第２の物体とから成り、前記第２の物体は前記第１の物体と前記第２の物体との相対運動によって周期的にインダクタンスが変化する第１の巻線と第２の巻線とを有し、前記第１の巻き線のインダクタンスの変化と前記第２の巻き線のインダクタンスの変化とは前記第２の物体の相対運動が所定の方向の場合にはほぼ１８０度の位相差を有し、前記インバータ回路は、直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、高電位側ダイオードと低電位側スイッチング素子を直列に接続した第１の直列回路と、高電位側スイッチング素子と低電位側ダイオードを直列に接続した第２の直列回路とを有し、前記第１の直列回路と前記第２の直列回路の両端は並列接続され、その両端は前記直流電源の両端に接続し、前記第１の巻線の一方の端子は前記高電位側ダイオードと前記低電位側スイッチング素子の接続点に接続し、前記第１の巻線の他の端子は前記２個のコンデンサの接続点に接続し、前記第２の巻線の一方の端子は前記高電位側スイッチング素子と前記低電位側ダイオードの接続点に接続し、前記第２の巻線の他の端子は前記２個のコンデンサの接続点に接続した構成として、使用するスイッチング素子の数を２個とした非常に簡単な構成のインバータ装置を実現するものである。
【００８０】
請求項４に記載した発明は、３相の巻線を有する電動機と、前記３相の巻線にそれぞれに電流を供給するインバータ回路とからなり、前記インバータ回路は直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、前記直流電源の高電位側に接続した２個のダイオードと低電位側に接続した２個のスイッチング素子とを有する２個の直列回路と、前記直流電源の高電位側に接続した１個のスイッチング素子と低電位側に接続した１個のダイオードとを有する１個の直列回路とを有し、前記３個の直列回路の両端は並列に接続して前記直流電源の両端に接続し、前記３相の巻線の一方の端子は前記ダイオードと前記スイッチング素子の接続点に接続し、前記３相の巻線の他端は前記２個のコンデンサの接続点に接続した構成として、スイッチング素子の数を３個とした非常に簡単な構成のインバータ装置を実現するものである。
【００８１】
請求項５に記載した発明は、３相の巻線を有する電動機と、前記３相の巻線にそれぞれに電流を供給するインバータ回路とからなり、前記インバータ回路は直列に接続した２個のコンデンサを有する倍電圧整流形の直流電源と、前記直流電源の高電位側に接続した２個のスイッチング素子と低電位側に接続した２個のダイオードとを有する２個の直列回路と、前記直流電源の高電位側に接続した１個のダイオードと低電位側に接続した１個のスイッチング素子とを有する１個の直列回路とを有し、前記３個の直列回路の両端は並列に接続して前記直流電源の両端に接続し、前記３相の巻線の一方の端子は前記ダイオードと前記スイッチング素子の接続点に接続し、前記３相の巻線の他端は前記２個のコンデンサの接続点に接続した構成として、スイッチング素子の数を３個とした非常に簡単な構成のインバータ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の実施例であるインバータ装置の構成を示す回路図
【図２】  同、電動機の断面図
（ア）上層部の構成を示す上面から見た平面図
（イ）全体の構成を示す側面図
（ウ）下層部の形を示す下面から見た平面図
【図３】  同、電動機の巻線の構成を示す結線図
【図４】  同、インバータ回路の動作を示す波形図
（ア）第１の巻線のインダクタンスの変化を示す波形図
（イ）第２の巻線のインダクタンスの変化を示す波形図
（ウ）位置検知器の検知信号を示す波形図
（エ）制御回路がスイッチング素子を駆動する波形を示す波形図
（オ）制御回路がスイッチング素子を駆動する波形を示す波形図
（カ）第１の巻線を流れる電流の波形を示す波形図
（キ）第２の巻線を流れる電流の波形を示す波形図
【図５】  本発明の第２の実施例である電動機の構成を示す回路図
【図６】  同、電動機の構成を示す断面図
【図７】  同、電動機の巻線の構成を示す結線図
【図８】  同、インバータ回路の動作を示す波形図
（ア）位置検知器が検知する検知信号を示す波形図
（イ）位置検知器が検知する検知信号を示す波形図
（ウ）位置検知器が検知する検知信号を示す波形図
（エ）制御回路がスイッチング素子を駆動する波形を示す波形図
（オ）制御回路がスイッチング素子を駆動する波形を示す波形図
（カ）制御回路がスイッチング素子を駆動する波形を示す波形図
【図９】  本発明の第３の実施例であるインバータ装置の構成を示す回路図
【図１０】  従来の技術におけるインバータ装置の構成を示す回路図
【図１１】  同、電動機の構成を示す断面図
【図１２】  同、電動機の巻線の構成を示す結線図
【符号の説明】
４１  直流電源
４２  インバータ回路
４３  電動機
４７  コンデンサ
４８  コンデンサ
５３  ダイオード
５４  スイッチング素子
５５  第１の直列回路
５９  ダイオード
６０  スイッチング素子
６１  第２の直列回路
６２  制御回路
６３  第１の物体
６４  第２の物体
６５  第１の巻線
６６  第２の巻線
１２３  磁性体
１２４  磁性体
１５３  ダイオード
１５４  スイッチング素子
１５５  第１の直列回路
１６２  制御回路
１６５  第１の巻線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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