(57)【要約】【課題】スイッチドリラクタンスモータの脈動の回避に大いに貢献するスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路を提供する。【解決手段】第１スイッチ４３および第２スイッチ４４がオンされると、第１電源端子３３に第１接続端子３７が接続され、第２電源端子３５に第２接続端子３８が接続される。電源２７からインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに励磁電流が供給される。第１スイッチ４３および第２スイッチ４４がオフされると、第１スイッチ４３および第２スイッチ４４を迂回して回生電流経路５５が確立される。インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの回生電流は回生電流経路５５に沿って電気抵抗要素５６に流れ込む。インダクタンスに蓄積されたエネルギは電気抵抗に応じて熱になって消費される。その結果、インダクタンスと巻線抵抗で定まる時定数に電気抵抗要素５６の抵抗分が加わり、時定数は縮小される。逆向きのトルクを発生させる回生電流の流通時間は短縮されることができる。【選択図】図２
2013132093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源に接続される第１電源端子および第２電源端子と、
インダクタに接続される第１接続端子および第２接続端子と、
前記第１電源端子および前記第１接続端子間に接続されて、前記第１電源端子および前記第１接続端子の接続および切り離しにあたってオンオフされる第１スイッチと、
前記第２電源端子および前記第２接続端子間に接続されて、前記第２電源端子および前記第２接続端子の接続および切り離しにあたってオンオフされる第２スイッチと、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを迂回して、前記第１電源端子に前記第２接続端子を接続し、前記第２電源端子に前記第１接続端子を接続する回生電流経路と、
前記回生電流経路に挿入される電気抵抗要素と
を備えることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路。
【請求項２】
請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路において、前記回生電流経路は、
前記第１電源端子および前記第１電源端子と接続される前記第１スイッチの端子間の電流経路から、前記第２接続端子および前記第２接続端子と接続される前記第２スイッチの端子間の電流経路に接続される第１迂回経路と、
前記第１接続端子と接続される前記第１スイッチの端子および前記第１接続端子の間の電流経路から、前記第２電源端子と接続される前記第２スイッチの端子および前記第２電源端子の間の電流経路に接続される第２迂回経路と
を備えることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路。
【請求項３】
請求項２に記載のスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路において、
前記第１迂回経路に挿入されて、前記第２接続端子から前記第１電源端子に向かって一方向に電流の流れを規制する第１整流素子と、
前記第２迂回経路に挿入されて、前記第２電源端子から前記第１接続端子に向かって一方向に電流の流れを規制する第２整流素子と
を備えることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路において、前記電気抵抗要素は、導通状態と、前記導通状態よりも抵抗値の高い電気抵抗状態とで相互に切り替わることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路において、前記電気抵抗要素は、
前記回生電流経路に挿入されて導通および切断を切り替えるオンオフスイッチと、
前記オンオフスイッチに並列に前記回生電流経路に接続される電気抵抗体と
を備えることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路。
【請求項６】
仮想円筒面の外側に所定の間隔で環状に複数のインダクタを配置する固定子と、
前記仮想円筒面に同軸の回転軸回りで回転自在に支持され、前記仮想円筒面の内側に所定の間隔で環状に複数の磁性体片を配置する回転子と、
前記インダクタに接続される駆動回路とを備え、前記駆動回路は、
電源に接続される第１電源端子および第２電源端子と、
個々の前記インダクタに接続される第１接続端子および第２接続端子と、
前記第１電源端子および前記第１接続端子に接続されて、前記第１電源端子および前記第１接続端子の接続および切り離しにあたってオンオフされる第１スイッチと、
前記第２電源端子および前記第２接続端子に接続されて、前記第２電源端子および前記第２接続端子の接続および切り離しにあたってオンオフされる第２スイッチと、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを迂回して、前記第１電源端子に前記第２接続端子を接続し、前記第２電源端子に前記第１接続端子を接続する回生電流経路と、
前記回生電流経路に挿入される電気抵抗要素と
を備えることを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項７】
請求項６に記載のスイッチドリラクタンスモータを備えることを特徴とする産業用機械または輸送機器または農機または建機または家電機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチドリラクタンスモータに利用される駆動回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチドリラクタンスモータは一般に知られる。スイッチドリラクタンスモータではインダクタごとに電流の供給および遮断が切り替えられる。インダクタに電流が供給されると、回転子の磁性体片がインダクタに引き寄せられる。電流の供給を受けるインダクタが次々に移動する結果、回転子は回転する。インダクタと磁性体片との間隔が最短距離まで縮まると、そのインダクタへの電流の供給は遮断される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２０６０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インダクタへの電流の供給が遮断されても、瞬時にインダクタで電流が停止するわけではない。インダクタのインダクタンスの影響で電流は流れ続ける。その結果、通過した磁性体片にインダクタから磁束が作用する。こうした磁束はトルクの減少を引き起こす。
【０００５】
特許文献１では、インダクタと磁性体片との間隔が最短距離まで縮まる以前にインダクタへの電流の供給は停止される。その結果、最短距離に到達後にインダクタから磁性体片に作用する逆向きのトルクは減少する。しかしながら、同時に、最短距離に到達する以前にインダクタから磁性体片に作用する順方向のトルクも減少する。こうしたインダクタごとのトルクの減少はスイッチドリラクタンスモータ全体の出力トルクに脈動を生成する。出力トルクの脈動はスイッチドリラクタンスモータの振動や騒音を引き起こす。
【０００６】
本発明のいくつかの態様によれば、スイッチドリラクタンスモータの脈動の回避に大いに貢献するスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路は提供されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
スイッチドリラクタンスモータ用駆動回路の一形態は、電源に接続される第１電源端子および第２電源端子と、インダクタに接続される第１接続端子および第２接続端子と、前記第１電源端子および前記第１接続端子間に接続されて、前記第１電源端子および前記第１接続端子の接続および切り離しにあたってオンオフされる第１スイッチと、前記第２電源端子および前記第２接続端子間に接続されて、前記第２電源端子および前記第２接続端子の接続および切り離しにあたってオンオフされる第２スイッチと、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを迂回して、前記第１電源端子に前記第２接続端子を接続し、前記第２電源端子に前記第１接続端子を接続する回生電流経路と、前記回生電流経路に挿入される電気抵抗要素とを備える。
【０００８】
第１スイッチおよび第２スイッチがオンされると、第１電源端子に第１接続端子が接続され、第２電源端子に第２接続端子が接続される。電源からインダクタに励磁電流が供給される。第１スイッチおよび第２スイッチがオフされると、第１スイッチおよび第２スイッチを迂回して回生電流経路が確立される。インダクタの回生電流は回生電流経路に沿って電気抵抗要素に流れ込む。インダクタンスに蓄積されたエネルギは電気抵抗に応じて熱になって消費される。その結果、インダクタンスと巻線抵抗で定まる時定数に電気抵抗要素の抵抗分が加わり、時定数は縮小される。逆向きのトルクを発生させる回生電流の流通時間は短縮されることができる。逆向きトルクは抑制される。したがって、スイッチドリラクタンスモータの出力トルクは平滑化される。スムースな出力トルクが得られる。脈動は防止され、振動や騒音は十二分に抑制されることができる。
【０００９】
前記回生電流経路は、前記第１電源端子と接続される前記第１スイッチの端子間の電流経路から、前記第２接続端子および前記第２接続端子と接続される前記第２スイッチの端子間の電流経路に接続される第１迂回経路と、前記第１接続端子と接続される前記第１スイッチの端子および前記第１接続端子の間の電流経路から、前記第２電源端子と接続される前記第２スイッチの端子および前記第２電源端子の間の電流経路に接続される第２迂回経路とを備えることができる。第１電源端子および第１スイッチの間の電流経路、第１スイッチおよび第１接続端子の間の電流経路、第２接続端子および第２スイッチの間の電流経路、および、第２スイッチおよび第２電源端子の間の電流経路で励磁電流経路は形成される。回生電流経路の形成にあたって励磁電流経路は部分的に利用される。効率的に回生電流経路は形成されることができる。
【００１０】
スイッチドリラクタンスモータ用駆動回路は、前記第１迂回経路に挿入されて、前記第２接続端子から前記第１電源端子に向かって一方向に電流の流れを規制する第１整流素子と、前記第２迂回経路に挿入されて、前記第２電源端子から前記第１接続端子に向かって一方向に電流の流れを規制する第２整流素子とを備えることができる。第１迂回経路では、励磁電流の流通は阻止され、逆向きの回生電流の流通は許容される。同様に、第２迂回経路では、励磁電流の流通は阻止され、逆向きの回生電流の流通は許容される。こうして励磁電流経路および回生電流経路は確実に切り分けられることができる。
【００１１】
前記電気抵抗要素は、導通状態と、前記導通状態よりも抵抗値の高い電気抵抗状態とで相互に切り替わることができる。回生電流の流通時に電気抵抗要素が導通状態を呈すると、回生電流は電源に供給されることができる。回生電流は例えば電源に並列に接続されたキャパシタに蓄積されることができる。回生電流の流通時に電気抵抗要素が電気抵抗状態に切り替わると、前述のように逆向きトルクは抑制されることができる。加えて、電気抵抗要素は導通状態に切り替えられることができることから、励磁電流経路と回生電流経路とで共通に利用される電流経路に電気抵抗要素は挿入されることができる。電気抵抗要素の配置の自由度が増大する。
【００１２】
前記電気抵抗要素は、前記回生電流経路に挿入されて導通および切断を切り替えるオンオフスイッチと、前記オンオフスイッチに並列に前記回生電流経路に接続される電気抵抗体とを備えることができる。こうして電気抵抗要素は簡単な構成で実現されることができる。しかも、電気抵抗体の抵抗値に応じて電気抵抗状態の抵抗値は簡単に設定されることができる。
【００１３】
スイッチドリラクタンスモータ用駆動回路はスイッチドリラクタンスモータに組み込まれることができる。スイッチドリラクタンスモータは固定子および回転子を備える。固定子は、仮想円筒面の外側に所定の間隔で環状に複数のインダクタを配置する。回転子は、前記仮想円筒面に同軸の回転軸回りで回転自在に支持され、前記仮想円筒面の内側に所定の間隔で環状に複数の磁性体片を配置する。インダクタにスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路の第１接続端子および第２接続端子が個々に接続されることができる。スイッチドリラクタンスモータは産業用機械または輸送機器または農機または建機または家電機器に組み込まれて利用されることができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように開示の装置によれば、スイッチドリラクタンスモータのトルクの脈動の回避に大いに貢献するスイッチドリラクタンスモータ用駆動回路は提供されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るスイッチドリラクタンスモータの構成を概略的に示す概念図である。
【図２】駆動回路の構成を概略的に示す回路図である。
【図３】第３対のインダクタに正面から向き合わせられる１対の磁性体片を示す概念図である。
【図４】第１対のインダクタに正面から向き合わせられる１対の磁性体片を示す概念図である。
【図５】励磁電流の流通経路を概略的に示す回路図である。
【図６】電気抵抗要素で電気抵抗状態が確立される際に回生電流の流通経路を概略的に示す回路図である。
【図７】回転子の回転角に対して励磁電流、回生電流およびインダクタの変化を示すグラフである。
【図８】回転子の回転角に対してスイッチドリラクタンスモータの出力トルクの変化を示すグラフである。
【図９】電気抵抗要素が省略された際に、回転子の回転角に対して励磁電流、回生電流およびインダクタの変化を示すグラフである。
【図１０】電気抵抗要素が省略された際に、回転子の回転角に対してスイッチドリラクタンスモータの出力トルクの変化を示すグラフである。
【図１１】励磁電流が「０°位置」よりも手前で停止された際に、回転子の回転角に対して励磁電流、回生電流およびインダクタの変化を示すグラフである。
【図１２】励磁電流が「０°位置」よりも手前で停止された際に、回転子の回転角に対してスイッチドリラクタンスモータの出力トルクの変化を示すグラフである。
【図１３】他の実施形態に従って電気抵抗要素の位置を示す駆動回路の回路図である。
【図１４】産業用機械の一具体例として半導体製造装置を概略的に示す概念図である。
【図１５】輸送機器の一具体例として電気自動車を概略的に示す概念図である。
【図１６】農機の一具体例としてトラクタを概略的に示す概念図である。
【図１７】建機の一具体例としてショベルを概略的に示す概念図である。
【図１８】家電機器の一具体例として掃除機を概略的に示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態を説明する。
【００１７】
図１はスイッチドリラクタンスモータ１１の構成を概略的に示す。スイッチドリラクタンスモータ１１は固定子１２と回転子１３とを備える。スイッチドリラクタンスモータ１１には回転子１３の回転軸１４が設定される。この回転軸１４に同軸に仮想円筒面１５が規定される。
【００１８】
固定子１２は環状または円筒形の支持体１６を備える。支持体１６には仮想円筒面１５の外側で複数個のインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが連結される。インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは鉄心１８と巻線１９とを備える。鉄心１８は磁性材料から形成される。ただし、鉄心１８そのものは磁化されていない。鉄心１８は支持体１６に一体に形成されることができる。例えば支持体１６および鉄心１８は１枚の鉄板または複数枚の鉄板の積層体から形成されることができる。インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは固定子１２側の突極を構成する。
【００１９】
固定子１２は所定の角度Ｐ１で環状にインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃを配置する。角度Ｐ１の設定にあたって個々のインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃごとに基準線２１が設定される。基準線２１は、回転軸１４に直交する１平面内で描かれて回転軸１４に交差する。隣接する基準線２１同士の間には指定の中心角αが設定される。鉄心１８は基準線２１に対して同一形状に形成される。巻線１９は同一構造に形成される。すべてのインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃで同一構造が確立される。その結果、インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは回転軸１４周りで環状に所定の間隔で配置される。ここでは、インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃ同士の間隔は均一に設定される。
【００２０】
回転子１３は回転軸１４に同軸の軸体２２を備える。軸体２２は回転軸１４回りで回転自在に支持される。軸体２２の軸心と固定子１２との相対的な位置関係は固定される。軸体２２上には仮想円筒面１５の内側で複数個の磁性体片２３が配置される。磁性体片２３は軸体２２の外周面から遠心方向に突出する。磁性体片２３は軸体２２に一体に形成されることができる。磁性体片２３は磁性材料から形成される。ただし、磁性体片２３そのものは磁化されていない。磁性体片２３は回転子１３側の突極を構成する。
【００２１】
回転子１３は所定の角度Ｐ２で環状に磁性体片２３を配置する。角度Ｐ２の設定にあたって個々の磁性体片２３ごとに基準線２４が設定される。基準線２４は、回転軸１４に直交する１平面内で描かれて回転軸１４に交差する。隣接する基準線２４同士の間には指定の中心角βが設定される。磁性体片２３は基準線２４に対して同一形状に形成される。すべての磁性体片２３で同一構造が確立される。その結果、磁性体片２３は回転軸１４周りで環状に所定の間隔で配置される。ここでは、磁性体片２３同士の間隔は均一に設定される。
【００２２】
スイッチドリラクタンスモータ１１では、インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの角度Ｐ１と磁性体片２３の角度Ｐ２とは異なっている。すなわち、２つの角度Ｐ１、Ｐ２は一致しない。一方の角度Ｐ１（Ｐ２）の整数倍と他方の角度Ｐ２（Ｐ１）とは一致しない。その結果、すべての磁性体片２３が同時にいずれかのインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに正面から向き合わせられることはない。いずれかの磁性体片２３がいずれかのインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに正面から向き合わせられても、他のいずれかの磁性体片２３はいずれかのインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの正面からずれる。こうしたインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃで磁力が生成されると、その磁性体片２３はインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに引き寄せられることができる。ここでは、６個のインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに対して４個の磁性体片２３が組み合わせられる。１対の磁性体片２３がインダクタ１７ａ（１７ｂまたは１７ｃ）に正面から向き合わせられると、残りの１対の磁性体片２３はそれぞれ２つのインダクタ１７ｂ、１７ｃ（１７ａ、１７ｃまたは１７ａ、１７ｂ）の中間位置に位置することができる。
【００２３】
スイッチドリラクタンスモータ１１は駆動回路２６を備える。駆動回路２６の接続にあたって、回転軸周りで１８０°の中心角を確立する基準線２１同士で対応のインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは組み合わせられる。ここでは、第１対のインダクタ１７ａの巻線１９は直列に接続される。第１対のインダクタ１７ａは駆動回路２６に接続される。第１対のインダクタ１７ａはＡ相巻線を構成する。同様に、第２対のインダクタ１７ｂおよび第３対のインダクタ１７ｃはそれぞれ駆動回路２６に接続される。第２対および第３対のインダクタ１７ｂ、１７ｃはそれぞれＢ相巻線およびＣ相巻線を構成する。駆動回路２６には電源２７が接続される。電源２７には直流電源が用いられる。
【００２４】
図２は駆動回路２６のブロック図を概略的に示す。駆動回路２６は３つの制御ブロック２８ａ、２８ｂ、２８ｃを備える。１つの制御ブロック２８ａ、２８ｂ、２８ｃは１対のインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに割り当てられる。ここでは、例えば第１制御ブロック２８ａは第１対のインダクタ１７ａに割り当てられ、第２制御ブロック２８ｂは第２対のインダクタ１７ｂに割り当てられ、第３制御ブロック２８ｃは第３対のインダクタ１７ｃに割り当てられる。第１制御ブロック２８ａ、第２制御ブロック２８ｂおよび第３制御ブロック２８ｃは相互に並列に第１分岐点２９および第２分岐点３１に接続される。第１分岐点２９は第１主電流経路３２で第１電源端子３３に接続される。第２分岐点３１は第２主電流経路３４で第２電源端子３５に接続される。第１電源端子３３および第２電源端子３５には制御ブロック２８ａ、２８ｂ、２８ｃに並列にキャパシタ３６が接続される。第１電源端子３３は電源２７の正極に接続される。第２電源端子３５は電源２７の負極に接続される。なお、３つの制御ブロック２８ａ、２８ｂ、２８ｃは同一の構成に構築されることから、以下、第１制御ブロック２８ａの構成を説明し、第２制御ブロック２８ｂおよび第３制御ブロック２８ｃの説明は割愛する。
【００２５】
第１制御ブロック２８ａは第１接続端子３７および第２接続端子３８を備える。第１接続端子３７は第１対のインダクタ１７ａの一方の端子に接続される。第２接続端子３８は第１対のインダクタ１７ａの他方の端子に接続される。こうして第１接続端子３７および第２接続端子３８の間に直列に第１対のインダクタ１７ａは接続される。第１接続端子３７は第１分岐経路３９で第１分岐点２９に接続される。第２接続端子３８は第２分岐経路４１で第２分岐点３１に接続される。こうして第１対のインダクタ１７ａと電源２７との間で励磁電流を環流させる励磁電流経路４２が形成される。
【００２６】
第１分岐点２９および第１接続端子３７の間で第１分岐経路３９には第１スイッチ４３が挿入される。第１スイッチ４３は所定の制御信号の供給に応じてオンオフ制御される。第１スイッチ４３のオン状態が確立されると、第１スイッチ４３で電流の導通が確保される。第１スイッチ４３は第１電源端子３３に第１接続端子３７を接続する。第１スイッチ４３のオフ状態が確立されると、第１スイッチ４３で電流は遮断される。第１電源端子３３は電気的に第１接続端子３７から切り離される。第１スイッチ４３には例えば半導体スイッチが用いられることができる。半導体スイッチには例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が挙げられることができる。ただし、第１スイッチ４３には、その機能が実現される限り、いかなるスイッチが用いられてもよい。
【００２７】
第２接続端子３８および第２分岐点３１の間で第２分岐経路４１には第２スイッチ４４が挿入される。第２スイッチ４４は所定の制御信号の供給に応じてオンオフ制御される。第２スイッチ４４のオン状態が確立されると、第２スイッチ４４で電流の導通が確保される。第２スイッチ４４は第２接続端子３８に第２電源端子３５を接続する。第２スイッチ４４のオフ状態が確立されると、第２スイッチ４４で電流は遮断される。第２接続端子３８は電気的に第２電源端子３５から切り離される。第２スイッチ４４には例えば半導体スイッチが用いられることができる。半導体スイッチには例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が挙げられることができる。ただし、第２スイッチ４４には、その機能が実現される限り、いかなるスイッチが用いられてもよい。
【００２８】
励磁電流経路４２には第１スイッチ４３および第１対のインダクタ１７ａの組み合わせに並列に第１迂回経路４５が接続される。第１迂回経路４５は第３分岐点４６で第１分岐経路３９に接続され第４分岐点４７で第２分岐経路４１に接続される。第３分岐点４６は第１分岐点２９および第１スイッチ４３の間すなわち第１電源端子３３および第１スイッチ４３の間に配置される。第４分岐点４７は第２接続端子３８および第２スイッチ４４の間に配置される。第１迂回経路４５には第１ダイオード４８が挿入される。第１ダイオード４８は第２接続端子３８から第１電源端子３３に向かって一方向に電流の流れを規制する。すなわち、第１ダイオード４８は、第１迂回経路４５で第１電源端子３３から第２スイッチ４４に向かう電流を遮断する。
【００２９】
励磁電流経路４２には第１対のインダクタ１７ａおよび第２スイッチ４４の組み合わせに並列に第２迂回経路５１が接続される。第１迂回経路５１は第５分岐点５２で第１分岐経路３９に接続され第６分岐点５３で第２分岐経路４１に接続される。第５分岐点５２は第１スイッチ４３および第１接続端子３７の間に配置される。第６分岐点５３は第２スイッチ４４および第２分岐点３１の間すなわち第２スイッチ４４および第２電源端子３５の間に配置される。第２迂回経路５１には第２ダイオード５４が挿入される。第２ダイオード５４は第２電源端子３５から第１接続端子３７に向かって一方向に電流の流れを規制する。すなわち、第２ダイオード５４は、第１スイッチ４３から第２電源端子３５に向かう電流を遮断する。こうして第１迂回経路４５および第２迂回経路５１の働きで第１対のインダクタ１７ａとキャパシタ３６との間で回生電流を環流させる回生電流経路５５が形成される。回生電流経路５５は、第１スイッチ４３および第２スイッチ４４を迂回して、第１電源端子３３に第２接続端子３８を接続するとともに第２電源端子３５に第１接続端子３７を接続する。
【００３０】
第１分岐点２９および第２分岐点３１の間で回生電流経路５５には電気抵抗要素５６が挿入される。電気抵抗要素５６は導通状態および電気抵抗状態で相互に切り替わることができる。電気抵抗要素５６は電気抵抗状態で導通状態よりも高い電気抵抗値を示す。この電気抵抗値は、インダクタ１７ａのインダクタンスとインダクタ１７ａの巻線抵抗とで決まる時定数を縮小させて、逆向きトルクを生み出す回生電流の流通時間を短縮する大きさに設定される。本実施形態では電気抵抗要素５６は第５分岐点５２と第１接続端子３７との間に配置される。
【００３１】
電気抵抗要素５６の一具体例はオンオフスイッチ５７および電気抵抗体５８を備える。オンオフスイッチ５７は回生電流経路５５に挿入される。オンオフスイッチ５７は所定の制御信号の供給に応じて電流の導通および遮断を切り替える。オンオフスイッチ５７には例えば半導体スイッチが用いられることができる。半導体スイッチには例えばＦＥＴ（電界効果トランジスタ）やＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）が挙げられることができる。ただし、オンオフスイッチ５７には、その機能が実現される限り、いかなるスイッチが用いられてもよい。
【００３２】
回生電流経路５５にはオンオフスイッチ５７に並列に電気抵抗体５８が接続される。電気抵抗体５８は回生電流を熱エネルギとして消費することができる。電気抵抗体５８には例えば抵抗器が用いられることができる。抵抗器の抵抗値は前述のように設定されればよい。こうして電気抵抗要素５６は簡単な構成で実現されることができる。しかも、電気抵抗体５８の抵抗値に応じて電気抵抗状態の抵抗値は簡単に設定されることができる。
【００３３】
次にスイッチドリラクタンスモータ１１の動作を簡単に説明する。ここでは、回転子１３の回転時に磁性体片２３の基準線２４がインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの基準線２１に重なると、磁性体片２３はインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに正面から向き合わせられる。このとき、磁性体片２３とインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとの間には最短距離が確立される。以下、この位置は「０°位置」と定義される。図３に示されるように、１対の磁性体片２３が第３対のインダクタ１７ｃに対して「０°位置」に到達すると、他の１対の磁性体片２３は第１対のインダクタ１７ａの引き寄せ領域に進入する。以下、この引き寄せ領域への進入位置は「−θ°位置」と定義される。ここでは、回転軸１４周りに均一な角度Ｐ１で６個のインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが配置されることから、「θ°」は一例として中心角３０°と定義される。磁性体片２３が「−θ°位置」に到達すると、第１対のインダクタ１７ａのみが励磁される。第１対のインダクタ１７ａで磁束が生成される。磁束は磁性体片２３に作用する。その結果、磁性体片２３はインダクタ１７ａに向かって引き寄せられる。トルクが生成される。図４に示されるように、磁性体片２３がインダクタ１７ａに対して「０°位置」に到達すると、インダクタ１７ａの励磁は停止される。この瞬間に他の１対の磁性体片２３は第２対のインダクタ１７ｂに対して「−θ°位置」に到達する。このとき、インダクタ１７ｂのみが励磁される。インダクタ１７ｂの働きでトルクが生成される。こうして「−θ°位置」から「０°位置」までインダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃで順番に励磁が実施されると、連続的にトルクが生成されることができる。回転子１３は回転し続けることができる。ここで、インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの励磁にあたって「０°位置」の検出は図示されないホール素子やエンコーダで実施されることができ、ホール素子やエンコーダを使用せずにセンサレスで実施されることができる。
【００３４】
励磁の実施にあたって個々の制御ブロック２８ａ、２８ｂ、２８ｃごとに第１スイッチ４３および第２スイッチ４４はＰＷＭ（パルス幅変調）制御される。ここでは、代表して第１制御ブロック２８ａの動作を簡単に説明する。第１制御ブロック２８ａで第１スイッチ４３および第２スイッチ４４の制御信号のパルスが立ち上がると、第１スイッチ４３および第２スイッチ４４はオンされる。オンオフスイッチ５７はオンであって電気抵抗要素５６は導通状態であることから、図５に示されるように、励磁電流経路４２が確立される。第１電源端子３３および第２電源端子３５の間で、第１主電流経路３２、第１分岐経路３９、第２分岐経路４１および第２主電流経路３４を通じてインダクタ１７ａに励磁電流が供給される。こうして電気抵抗要素５６は導通状態に切り替えられることができることから、励磁電流経路４２と回生電流経路５５とで共通に利用される電流経路に電気抵抗要素５６は挿入されることができる。電気抵抗要素５６の配置の自由度は増大することができる。
【００３５】
第１スイッチ４３および第２スイッチ４４の制御信号でパルスが終了すると、第１スイッチ４３および第２スイッチ４４はオフされる。インダクタ１７ａに対して励磁電流の供給は停止される。回生電流経路５５が確立される。回生電流経路５５の形成にあたって励磁電流経路が部分的に利用される。加えて、第１迂回経路４５では第１ダイオード４８の働きで励磁電流の流通は阻止され逆向きの回生電流の流通は許容される。同様に、第２迂回経路５１では第２ダイオード５４の働きで励磁電流の流通は阻止され逆向きの回生電流の流通は許容される。こうして励磁電流経路４２および回生電流経路５５は確実に切り分けられることができる。このとき、電気抵抗要素５６は電気抵抗状態に切り替わる。オンオフスイッチ５７が遮断される。図６に示されるように、第１主電流経路３２、第１分岐経路３９、第１迂回経路４５、第２迂回経路５１、第２分岐経路４１および第２主電流経路３４を通じてキャパシタ３６に回生電流が供給される。回生電流は例えばキャパシタ３６の充電に利用されることができる。
【００３６】
オンオフスイッチ５７が遮断されると、図６に示されるように、電流はオンオフスイッチ５７を迂回して電気抵抗体５８に流れ込む。第１スイッチ４３および第２スイッチ４４でオフ状態が確立された際に電気抵抗要素５６の電気抵抗状態が確立されると、インダクタンスに蓄積されたエネルギは電気抵抗によって熱になって消費される。エネルギは電気抵抗体５８で消費される。その結果、インダクタンスと巻線抵抗とで定まる時定数（Ｌ／Ｒ）に電気抵抗体５８の抵抗分が加わり、時定数は縮小される。逆向きのトルクを発生させる回生電流の流通時間は短縮されることができる。
【００３７】
図７に示されるように、第１対のインダクタ１７ａに対して磁性体片２３が「−θ°位置」に到達すると、第１制御ブロック２８ａで第１スイッチ４３および第２スイッチ４４はオンされる。電気抵抗要素５６では導通状態が確立される。前述のように、インダクタ１７ａに励磁電流が供給される。磁性体片２３が「０°位置」に到達すると、第１スイッチ４３および第２スイッチ４４はオフされる。同時に、電気抵抗要素５６は導通状態から電気抵抗状態に切り替えられる。インダクタ１７ａへの電圧印加を停止するとインダクタ１７ａには回生電流が流れる。回生電流は電気抵抗要素５６で熱となって消費される。回生電流は短時間で消失する。その結果、「０°位置」の通過後、すなわち「０°位置」から「＋θ°位置」までの間でインダクタ１７ａでは磁束の持続は回避されることができる。したがって、逆向きトルクの発生は最大限に抑制されることができる。図８に示されるように、インダクタ１７ａ、１７ｂ、１７ｃで順番に連続的に励磁が実施される結果、スイッチドリラクタンスモータ１１の出力トルクの脈動は抑止され出力トルクは平滑化される。スムースな出力トルクが得られる。脈動は防止され、振動や騒音は十二分に抑制されることができる。
【００３８】
駆動回路２６で電気抵抗要素５６が省略されると、第１スイッチ４３および第２スイッチ４４がオフされた際に、図９に示されるように、回生電流は熱で消費されるのではなくインダクタ１７ａからキャパシタ３６に向かって環流する。インダクタンスと巻線抵抗とで定まる時定数はそのまま維持される。その結果、「０°位置」の通過後、すなわち「０°位置」から「＋θ°位置」までの間で長時間にわたってインダクタ１７ａでは磁束が持続されてしまう。図９から明らかなように、インダクタンスに蓄積されたエネルギに応じて磁性体片２３はインダクに引き寄せられ回転子１３の回転と逆向きのトルクが生み出される。こういった逆向きのトルクは、図１０に示されるように、スイッチドリラクタンスモータ１１の出力トルクに脈動を生成する。
【００３９】
前述のように電気抵抗要素５６が省略された際に、第１スイッチ４３および第２スイッチ４４の制御信号でパルスの終了が「０°位置」よりも早められると、図１１に示されるように、励磁電流の供給が「０°位置」よりも手前で打ち切られる。その結果、インダクタンスおよび巻線抵抗で定まる時定数はそのまま維持されるものの、「０°位置」の通過後に逆向きトルクの発生は縮小されることができる。その一方で、「０°位置」の手前で励磁電流が減少することから、「０°位置」の手前で順方向のトルクが減少してしまう。こういった順方向のトルクの減少は、図１２に示されるように、結局のところスイッチドリラクタンスモータ１１の出力トルクに脈動を生成する。
【００４０】
なお、電気抵抗要素５６は、図１３に示されるように、第２接続端子３８と第４分岐点４７との間で回生電流経路５５に挿入されてもよく、第１分岐点２９および第３分岐点４６の間で第１分岐経路３９に挿入されてもよく、第１迂回経路４５または第２迂回経路５１のいずれかに挿入されてもよく、第６分岐点５３および第２分岐点３１の間で第２分岐経路４１に挿入されてもよい。その他、第１迂回経路４５および第２迂回経路４６に、第１ダイオード４８および第２ダイオード５４に代えて、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）その他のトランジスタに適切な制御を加えてダイオードとして機能する整流素子が挿入されてもよい。
【００４１】
図１４は産業用機械の一具体例として半導体製造装置６１を概略的に示す。スイッチドリラクタンスモータ１１は効率的に大トルクを可変速で発生し得る特性を生かし産業用機械の動力源に利用されることができる。半導体製造装置６１は可動部材６２を備える。可動部材６２にはスイッチドリラクタンスモータ１１といった動力源６３が接続される。動力源６３には電源６４が接続される。動力源６３は電源６４の電力で動作する。動力源６３の動力で可動部材６２は動作することができる。半導体製造装置６１にはウエハー製造装置やマスクレチクル製造装置、成膜装置、スパッタリング装置、蒸着装置その他のものが含まれることができる。産業用機械には、半導体製造装置６１のほか、産業用ロボット、研削機、切削機その他のものが含まれることができる。これらは単なる例示に過ぎない。
【００４２】
図１５は輸送機器の一具体例として電気自動車６６を概略的に示す。スイッチドリラクタンスモータ１１は効率的に大トルクを可変速で発生し得る特性を生かし輸送機器の動力源に利用されることができる。電気自動車６６は車体６７を備える。車体６７には前後１対の車輪６８が取り付けられる。車輪６８には動力源６９が連結される。動力源６９にはバッテリー７１が接続される。バッテリー７１の電力で動力源６９は動作する。動力源６９は車輪６８に動力を供給する。動力の供給に応じて車輪６８に回転力が生成される。車輪６８の回転力を利用して車体６７は前進することができる。動力の伝達比は例えばトランスミッション７２で変更されることができる。その他、スイッチドリラクタンスモータ１１はパワーウインドウの駆動やワイパーの駆動、油圧ポンプの駆動にあたって用いられることができ、その他の可動部材の駆動にあたって利用されることができる。輸送機器には、電気自動車６６のほか、燃料自動車、ハイブリッド自動車、電動二輪車、電車その他のものが含まれることができる。これらは単なる例示に過ぎない。
【００４３】
図１６は農機の一具体例としてトラクタ７４を概略的に示す。スイッチドリラクタンスモータ１１は効率的に大トルクを可変速で発生し得る特性を生かし農機の動力源に利用されることができる。トラクタ７４は車両本体７５を備える。車両本体７５にはロータリー７６が取り付けられる。ロータリー７６は昇降機構７７に連結される。昇降機構７７は車両本体７５に組み付けられる。昇降機構７７には動力源７８が連結される。動力源７８には電源７９が接続される。動力源７８は電源７９からの電力で動作する。動力源７８からの動力に応じて昇降機構７７はロータリー７６の昇降を実現する。ロータリー７６が下降すると、ロータリー７６の耕耘爪は地中に進入する。ロータリー７６が回転すると、地面は耕耘される。スイッチドリラクタンスモータ１１といった動力源７８はロータリー７６の回転駆動にあたって利用されてもよい。その他、スイッチドリラクタンスモータ１１は可動部材の駆動にあたって利用されることができる。農機には、トラクタ７４のほか、コンバインや田植機その他のものが含まれることができる。これらは単なる例示に過ぎない。
【００４４】
図１７は建機の一具体例としてショベル８１を概略的に示す。スイッチドリラクタンスモータ１１は効率的に大トルクを可変速で発生し得る特性を生かし建機の動力源に利用されることができる。ショベル８１は自走式の機械本体８２を備える。機械本体８２にはブーム８３が水平軸回りで揺動自在に連結される。ブーム８３の先端には水平軸回りで揺動自在にアーム８４が連結される。アーム８４の先端には水平軸回りで揺動自在にバケット８５が連結される。ブーム８３の屈折は第１油圧アクチュエータ８６で実現される。第１油圧アクチュエータ８６は油圧ポンプ８７から供給される油圧で制御される。油圧ポンプ８７はスイッチドリラクタンスモータ１１といった動力源８８の動力で動作する。ブーム８３に対してアーム８４の揺動は第２油圧アクチュエータ９１で実現される。第２油圧アクチュエータ９１は油圧ポンプ９２から供給される油圧で制御される。油圧ポンプ９２はスイッチドリラクタンスモータ１１といった動力源９３の動力で動作する。バケット８５の揺動は第３油圧アクチュエータ９４で実現される。第３油圧アクチュエータ９４は油圧ポンプ９５から供給される油圧で制御される。油圧ポンプ９５はスイッチドリラクタンスモータ１１といった動力源９６の動力で動作する。動力源８８、９３、９６には電源９７が接続される。電源９７からの電力で動力源８８、９３、９６は動作する。その他、スイッチドリラクタンスモータ１１は可動部材の駆動にあたって利用されることができる。建機には、ショベル８１のほか、クレーンやホイールローダー、杭打ち機その他のものが含まれることができる。これらは単なる例示に過ぎない。
【００４５】
図１８は家電機器の一具体例として掃除機９８を概略的に示す。スイッチドリラクタンスモータ１１は効率的に大トルクを可変速で発生し得る特性を生かし家電機器の動力源に利用されることができる。掃除機９８は掃除機本体９９を備える。掃除機本体９９には吸引ホース１０１が連結される。吸引ホース１０１の先端には吸引ヘッド１０２が取り付けられる。掃除機本体９９内には分離装置１０３が組み込まれる。分離装置１０３は例えばスワールの働きで空気から塵埃を分離する。分離装置１０３には吸引ファン１０４が接続される。吸引ファン１０４はスイッチドリラクタンスモータ１１といった動力源１０５からの動力で動作する。動力源１０５には電源１０６が接続される。動力源１０５は電源１０６からの電力で動作する。吸引ファン１０４が動作すると、吸引ヘッド１０２から吸引ホース１０１を経て空気が分離装置１０３に吸い込まれる。その他、スイッチドリラクタンスモータ１１は可動部材の駆動にあたって利用されることができる。家電機器には、掃除機９８のほか、冷蔵庫、洗濯機、食洗機、電動工具その他のものが含まれることができる。これらは単なる例示に過ぎない。
【符号の説明】
【００４６】
１１  スイッチドリラクタンスモータ、１２  固定子、１３  回転子、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ  インダクタ、２３  磁性体片、２７  電源、３３  第１電源端子、３５  第２電源端子、３７  第１接続端子、３８  第２接続端子、４３  第１スイッチ、４４  第２スイッチ、４５  第１迂回経路、４８  第１ダイオード、５１  第２迂回経路、５４  第２ダイオード、５５  回生電流経路、５６  電気抵抗要素、５７  オンオフスイッチ、５８  電気抵抗体、６１  産業用機械（半導体製造装置）、６６  輸送機器（電気自動車）、７４  農機（トラクタ）、８１  建機（ショベル）、９８  家電機器（掃除機）。
【図１】
2013132093.tif 000003
【図２】
2013132093.tif 000004
【図３】
2013132093.tif 000005
【図４】
2013132093.tif 000006
【図５】
2013132093.tif 000007
【図６】
2013132093.tif 000008
【図７】
2013132093.tif 000009
【図８】
2013132093.tif 000010
【図９】
2013132093.tif 000011
【図１０】
2013132093.tif 000012
【図１１】
2013132093.tif 000013
【図１２】
2013132093.tif 000014
【図１３】
2013132093.tif 000015
【図１４】
2013132093.tif 000016
【図１５】
2013132093.tif 000017
【図１６】
2013132093.tif 000018
【図１７】
2013132093.tif 000019
【図１８】
2013132093.tif 000020