JPH09215390A - Power generator - Google Patents
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- JPH09215390A JPH09215390A JP8014949A JP1494996A JPH09215390A JP H09215390 A JPH09215390 A JP H09215390A JP 8014949 A JP8014949 A JP 8014949A JP 1494996 A JP1494996 A JP 1494996A JP H09215390 A JPH09215390 A JP H09215390A
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- winding
- permanent magnet
- switching element
- magnetic flux
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- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device for mechanically extracting power and supplying it to a load, such as a motor and a linear motor used for home and industry.
【0002】[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回路図を図5に示
す。図5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、永久磁石3、永久磁石4、磁性体
5、出力軸6により成り立っていて、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、
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。2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a circuit diagram of a power generator generally called a DC brushless motor in the prior art. The power generation device shown in FIG. 5 has a first object 1 generally called a stator and a second object 2 rotatably provided inside the first object 1 and generally called a rotor. The second object 2 is composed of a permanent magnet 3, a permanent magnet 4, a magnetic body 5, and an output shaft 6, and the permanent magnet 3 is adhered to the surface of the magnetic body 5 such that the N pole is on the outside.
The permanent magnet 4 is adhered to the surface of the magnetic body 5 so that the S pole is on the outside. The output shaft 6 is attached to the center of the magnetic body 5 and is provided to take out rotational power to an external mechanical load.
【0003】第1の物体1は、鉄心7、巻線8a、巻線
9a、巻線10a、巻線8b、巻線9b、巻線10bに
よって構成されており、巻線8a、巻線9a、巻線10
a、巻線8b、巻線9b、巻線10bはいずれも、第2
の物体2が回転した場合、永久磁石3および永久磁石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は直列に接続され、巻線9aと巻線9bは直列に接
続され、巻線10aと巻線10bは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、永久磁石3および永久磁石4から発生する磁束
が巻線8a、巻線9a、巻線10a、巻線8b、巻線9
b、巻線10bに作用する際、その磁束を大にする作用
をしている。The first object 1 is composed of an iron core 7, a winding 8a, a winding 9a, a winding 10a, a winding 8b, a winding 9b, and a winding 10b. The winding 8a, the winding 9a, Winding 10
a, winding 8b, winding 9b, and winding 10b are all the second
When the object 2 rotates, the permanent magnet 3 and the permanent magnet 4
Is wound in a position to receive the magnetic flux generated by the coil, the windings 8a and 8b are connected in series, the windings 9a and 9b are connected in series, and the windings 10a and 10b are connected in series. There is. The iron core 7 acts to reduce the magnetic resistance of the magnetic circuit, and the magnetic flux generated from the permanent magnets 3 and 4 causes the windings 8a, 9a, 10a, 8b, 9b.
b, it acts to increase the magnetic flux when acting on the winding 10b.
【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、ダイオード14、ダイオー
ド15、ダイオード16によって構成され、交流電源1
1の全波整流波形を出力するものである。The AC power supply 11 has a voltage of 100 V and 60 Hz, and is generally called a commercial power supply. The output of the AC power supply 11 is connected to the full-wave rectifier circuit 12. The rectifier circuit 12 includes a diode 13, a diode 14, a diode 15, and a diode 16, and the AC power supply 1
It outputs the full wave rectified waveform of 1.
【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、
トランジスタ19、トランジスタ20、トランジスタ2
1、トランジスタ22、トランジスタ23、ダイオード
24、ダイオード25、ダイオード26、ダイオード2
7、ダイオード28、ダイオード29によって構成され
ている。The inverter 17 is connected to the output of the rectifier circuit 12 and has a structure generally called a three-phase inverter. The inverter 17 includes a transistor 18,
Transistor 19, Transistor 20, Transistor 2
1, transistor 22, transistor 23, diode 24, diode 25, diode 26, diode 2
7, a diode 28, and a diode 29.
【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。Further, the filter circuit 40 is composed of an electrolytic smoothing capacitor 41 and a choke coil 42, and can make the output voltage of the rectifier circuit 12 almost direct current with little ripple.
【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。位置検知手
段33は、第2の物体2上に設けられたホールIC3
4、ホールIC35、ホールIC36によって構成され
ていて、第2の物体2が回転運動する際、永久磁石3お
よび永久磁石4の位置を検知して電気的に出力するもの
である。論理回路32は、位置検知手段33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。The control circuit 30 is composed of a drive circuit 31 and a logic circuit 32, and the base terminals of each transistor are all connected to the drive circuit 31. The position detection means 33 is a Hall IC 3 provided on the second object 2.
4, the Hall IC 35, and the Hall IC 36, which detect the positions of the permanent magnet 3 and the permanent magnet 4 and electrically output when the second object 2 rotates. The logic circuit 32 receives the signal from the position detecting means 33 and produces an on / off signal for each transistor in response to the signal.
【0008】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、位置検知手段3
3から信号が出力され、その信号によって論理回路32
からHIGH又はLOW信号が出力され、その信号によ
って駆動回路31が作用し、HIGH信号の場合には、
当該トランジスタにベース電流を供給してオンさせ、L
OWの場合には、ベースに逆バイアスを印加してオフ状
態とさせる。それによって、電流が所定の巻線に供給さ
れ、その巻線は永久磁石3または永久磁石4の磁束と作
用して、力を発生し、永久磁石3と永久磁石4は、その
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。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、位置検知手段33の作
用により、論理回路32への信号が変化し、論理回路3
2の出力も変化して、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の変化が起こる。と、各巻線へ
の電流供給状態が変化し、再び永久磁石3および永久磁
石4からトルクが発生するようになる。With the above-described structure, the power generating device of the prior art has the position detecting means 3 according to the rotation of the second object 2.
3 outputs a signal, and the signal outputs the logic circuit 32.
Outputs a HIGH or LOW signal, and the drive circuit 31 operates by the signal, and in the case of a HIGH signal,
The base current is supplied to the transistor to turn it on, and L
In the case of OW, a reverse bias is applied to the base to turn it off. Thereby, an electric current is supplied to a predetermined winding, and the winding acts on the magnetic flux of the permanent magnet 3 or the permanent magnet 4 to generate a force, and the permanent magnet 3 and the permanent magnet 4 generate torque by their reaction. The generated torque can be taken out from the output shaft 6. The external load causes a rotational movement with the torque, and the second object 2 also performs a rotational movement in conjunction with it. When the external load is rotated by a certain angle, the signal to the logic circuit 32 is changed by the action of the position detecting means 33. Logic circuit 3
The output of 2 also changes, and the on / off state of each transistor forming the inverter 17 changes. Then, the current supply state to each winding changes, and torque is again generated from the permanent magnets 3 and 4.
【0009】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。By repeating such an operation, the power generation device of the prior art is capable of continuously supplying mechanical rotation power from the output shaft 6 to an external load.
【0010】[0010]
【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、第1の物体1に多数の巻線
が必要となり、またインバータ17の構成が非常に複
雑、かつ部品点数が多いことから、組立工数および材料
費が大となり、その結果装置の価格が高くなるという課
題があった。However, in such a conventional technique, the first object 1 needs a large number of windings, and the configuration of the inverter 17 is very complicated and the number of parts is large. Therefore, there is a problem that the number of assembling steps and the material cost increase, and as a result, the cost of the apparatus increases.
【0011】本発明は上記課題を解決するもので、第1
の物体を構成する巻線の相数を1とすることにより、第
1の物体の構成を簡単とし、かつ前記巻線に電流を供給
するためのスイッチング素子の数を極力削減することに
より、電気部品の数を大幅に減少させ、もって低コスト
ながら十分な性能を発揮する動力発生装置を提供するこ
とである。The present invention is intended to solve the above-mentioned problems.
By setting the number of phases of the windings constituting the object of 1 to 1, the configuration of the first object is simplified, and the number of switching elements for supplying current to the winding is reduced as much as possible It is an object of the present invention to provide a power generation device that can sufficiently reduce the number of parts, and thus can exhibit sufficient performance at low cost.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、第1の永久磁石と単相の巻線と鉄心を有す
る第1の物体と、前記第1の物体に対して相対的に可動
に設けられ、前記第1の永久磁石と単相の巻線に対して
磁束を作用させる第2の永久磁石を有する第2の物体
と、前記巻線及び直流電源と直列接続されたスイッチン
グ素子と、前記スイッチング素子を周期的にオンオフ制
御する駆動回路とを備え、前記スイッチング素子は、オ
ンした時に前記巻線が発生する磁束を前記第1の永久磁
石の磁束と逆向きとしてなるものである。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a first object having a first permanent magnet, a single-phase winding, and an iron core, and a relative object with respect to the first object. Second object having a second permanent magnet that is movably provided and that exerts a magnetic flux on the first permanent magnet and the single-phase winding, and is connected in series with the winding and the DC power supply. A switching element and a drive circuit for periodically turning the switching element on and off, the switching element having a magnetic flux generated by the winding when turned on is opposite to a magnetic flux of the first permanent magnet. Is.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】請求項1記載の発明は、スイッチ
ング素子が駆動回路によって周期的にオンオフされる
と、オン期間中には直流電源から巻線およびスイッチン
グ素子を経て電流が流れ、前記巻線からの磁束が第1の
永久磁石の磁力に打ち勝って第2の物体を構成する第2
の永久磁石に作用することから、第2の物体と第1の物
体との間に力が発生し、動力が生まれる。また、前記ス
イッチング素子がオフとなっている期間には、前記巻線
の電流はほぼゼロであることから、前記巻線からの磁力
はなくなるが、前記第1の永久磁石の作用により、スイ
ッチング素子がオンの期間とは逆向きの磁束が、前記第
2の永久磁石に作用するので、やはり第2の物体と第1
の物体との間に力が発生し、動力が生まれる。すなわ
ち、巻線が単相であり、スイッチング素子が1個しかな
い極簡単な構成であるにも関わらず、ほぼ連続的に動力
を供給することができるものとなる。According to a first aspect of the present invention, when the switching element is periodically turned on and off by the drive circuit, a current flows from the DC power supply through the winding and the switching element during the on period, and the winding is turned on. The magnetic flux from the line overcomes the magnetic force of the first permanent magnet to form the second object.
Since it acts on the permanent magnet of, the force is generated between the second object and the first object, and the power is generated. Further, while the switching element is off, the current in the winding is substantially zero, so the magnetic force from the winding disappears, but the action of the first permanent magnet causes the switching element to operate. Since a magnetic flux in the opposite direction to the period in which the switch is on acts on the second permanent magnet, the second object and the first
A force is generated between the object and the object, and power is generated. That is, although the winding has a single phase and has a very simple structure having only one switching element, power can be supplied almost continuously.
【0014】請求項2記載の発明は、スイッチング素子
がオフした瞬間にダイオードがオンし、巻線に蓄えられ
た余分なエネルギーを直流電源に回生することから、ス
イッチング素子のターンオフ時のスパイク電圧を抑える
ことができ、信頼性を向上することができると同時に、
ムダな電力の消費がなくなり、高効率の装置を実現する
ことができるものである。According to the second aspect of the present invention, the diode is turned on at the moment when the switching element is turned off, and the excess energy stored in the winding is regenerated to the DC power source. Therefore, the spike voltage at the time of turning off the switching element is It is possible to suppress it, improve reliability, and at the same time
It is possible to realize a highly efficient device by eliminating unnecessary power consumption.
【0015】請求項3記載の発明は、位置検知手段を有
することから、第2の永久磁石の位置に応じて、スイッ
チング素子のオンオフを行うことができ、したがって簡
単な構成でありながら、一般のブラシレス式の直流電動
機とほぼ同様の優れた特性を得ることができる。Since the invention according to claim 3 has the position detecting means, the switching element can be turned on / off in accordance with the position of the second permanent magnet. It is possible to obtain excellent characteristics that are almost the same as those of the brushless DC motor.
【0016】請求項4記載の発明は、希土類の永久磁石
によって、第1の永久磁石を構成したことにより、減磁
することが少ないことから、スイッチング素子のオン期
間中に、巻線に大きな電流を流しても、その後の性能
(トルク、出力等)に劣化がないことから、より性能が
良く、信頼性に優れた動力発生装置を提供することがで
きる。According to the fourth aspect of the present invention, since the first permanent magnet is composed of a rare earth permanent magnet, demagnetization is less likely to occur, so that a large current is applied to the winding during the ON period of the switching element. Since the subsequent performance (torque, output, etc.) does not deteriorate even when the power is supplied, it is possible to provide a power generation device having better performance and excellent reliability.
【0017】請求項5記載の発明は、第1の物体と第2
の物体の間に、磁気抵抗が最小になろうとする力(リラ
クタンス力)が作用することから、負荷に必要な力があ
る程度以下の条件であれば、死点からはずれた位置で停
止し、つぎの起動時において、巻線に電流を流すことに
よって必ず起動力が得られる。したがって、非常に簡単
な構成でありながら、起動の保証をすることができる。According to a fifth aspect of the present invention, the first object and the second object are provided.
Since a force (reluctance force) that tends to minimize the magnetic resistance acts between the objects in Figure 3, if the force required for the load is below a certain level, it will stop at a position off the dead center and then At the time of starting, the starting force is always obtained by passing a current through the winding. Therefore, it is possible to guarantee startup even with a very simple configuration.
【0018】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照しながら説明する。 (実施の形態1)図1に本発明の第1の実施の形態にお
ける回転の動力を出力する動力発生装置の回路図を示
す。図1においては、第1の物体51、第2の物体5
2、24Vの出力を有する直流電源53、IGBTによ
って構成したスイッチング素子54、駆動回路55を備
えており、第2の物体52は、第1の物体51に対して
回転軸56により回転自由に設けられ、第1の物体51
は、希土類永久磁石の一種であるネオジ焼結式永久磁石
によって構成した第1の永久磁石57、直径0.75m
mエナメル線で構成した単相の巻線58が、鉄心59に
巻かれていて、巻線58は、中間タップbを有してい
る。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 shows a circuit diagram of a power generation device for outputting rotational power in a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the first object 51 and the second object 5
A DC power source 53 having an output of 2, 24 V, a switching element 54 composed of an IGBT, and a drive circuit 55 are provided, and the second object 52 is rotatably provided by a rotation shaft 56 with respect to the first object 51. And the first object 51
Is a first permanent magnet 57 composed of a neodymium sintered permanent magnet, which is a kind of rare earth permanent magnet, and has a diameter of 0.75 m.
A single-phase winding 58 made of m-enamel wire is wound around an iron core 59, and the winding 58 has an intermediate tap b.
【0019】本実施の形態においては、鉄心59は、厚
さ0.22mmのケイ素鋼板を互いに電気的に絶縁し、
110枚積み重ねた積層構造を有しており、巻線58の
巻数は、a−b間を80ターン、b−c間を120ター
ンとしている。第2の物体52は、第2の永久磁石6
0、第2の永久磁石61を鉄心62の表面に張り付けて
いる。 第2の永久磁石60は、外側にN極、内側にS
極を有し、第2の永久磁石61は、逆に外側にS極、内
側にN極を有している。鉄心59と、第2の物体52の
間には、ギャップ64があり、ギャップ64の大きさ
は、図1に示されるように、一定ではなく、0.2mm
から0.5mmまでの傾斜をつけている。In the present embodiment, the iron core 59 electrically insulates silicon steel plates having a thickness of 0.22 mm from each other,
It has a laminated structure in which 110 sheets are stacked, and the number of turns of the winding wire 58 is 80 turns between ab and 120 turns between b and c. The second object 52 is the second permanent magnet 6
The second permanent magnet 61 is attached to the surface of the iron core 62. The second permanent magnet 60 has an N pole on the outside and an S pole on the inside.
The second permanent magnet 61 has, on the contrary, an S pole on the outside and an N pole on the inside. There is a gap 64 between the iron core 59 and the second object 52, and the size of the gap 64 is not constant and is 0.2 mm as shown in FIG.
To 0.5 mm.
【0020】第1の永久磁石57は、巻線58を施した
鉄心59で構成される磁路の途中に挿入されていること
から、第1の永久磁石57と巻線58は、いずれも第2
の永久磁石60・61の磁束が作用する位置に設けられ
ている。スイッチング素子54は直流電源53のマイナ
ス端子と巻線のcbc端子間に接続され、直流電源53
のプラス端子は巻線58の中間タップB端子に接続さ
れ、スイッチング素子54は駆動回路55によって、ゲ
ート・エミッタ間に駆動電圧が印加されることによって
オンオフ制御され、駆動回路55はスイッチング素子5
4を周期的にオンオフし、スイッチング素子54がオン
した時に巻線58のb−c間に電流が流れることによ
り、鉄心59内に左向きの起磁力が発生する。ダイオー
ド63は、直流電源53のマイナス端子にアノードが接
続され、巻線58のa端子にカソードが接続されてい
る。Since the first permanent magnet 57 is inserted in the middle of the magnetic path formed by the iron core 59 having the winding 58, both the first permanent magnet 57 and the winding 58 have the first shape. Two
It is provided at a position where the magnetic flux of the permanent magnets 60 and 61 of FIG. The switching element 54 is connected between the negative terminal of the DC power supply 53 and the cbc terminal of the winding, and is connected to the DC power supply 53.
Is connected to the intermediate tap B terminal of the winding 58, and the switching element 54 is on / off controlled by the drive voltage applied between the gate and the emitter by the drive circuit 55.
4 is periodically turned on / off, and when the switching element 54 is turned on, a current flows between b and c of the winding 58, so that a leftward magnetomotive force is generated in the iron core 59. The anode of the diode 63 is connected to the negative terminal of the DC power supply 53, and the cathode is connected to the terminal a of the winding 58.
【0021】なお、第1の永久磁石57は、右がN極と
していることから、前記の起磁力は、逆向きとなってい
るものである。Since the first permanent magnet 57 has the N pole on the right side, the magnetomotive force is in the opposite direction.
【0022】図2は、図1の動力発生装置の定常時にお
ける動作波形図を示したものである。図2において、
(ア)はスイッチング素子54のゲート・エミッタ間電
圧VGEの電圧波形、(イ)は同コレクタ・エミッタ間
電圧VCEの電圧波形、(ウ)は同コレクタ電流ICの
電流波形、(エ)は鉄心59を通る磁束φの大きさの波
形を示したものである。FIG. 2 shows an operation waveform diagram of the power generator of FIG. 1 in a steady state. In FIG.
(A) is a voltage waveform of the gate-emitter voltage VGE of the switching element 54, (A) is a voltage waveform of the collector-emitter voltage VCE, (C) is a current waveform of the collector current IC, and (D) is an iron core. The waveform of the magnitude of the magnetic flux φ passing through 59 is shown.
【0023】図2に見られるように、駆動回路55から
(ア)の波形を出力すると、TON期間にスイッチング
素子54がオンとなり、TOFF期間にはスイッチング
素子54はオフとなる。(イ)に見られるVCE波形
は、TON期間中にはほぼゼロとなり、この期間にIC
が流れ、この電流が巻線58のb−c間に流れることに
より、(エ)のφが正方向に発生する。As shown in FIG. 2, when the drive circuit 55 outputs the waveform (a), the switching element 54 is turned on during the TON period and turned off during the TOFF period. The VCE waveform seen in (a) becomes almost zero during the TON period, and during this period the IC
Flows, and this current flows between b and c of the winding 58, so that φ in (d) is generated in the positive direction.
【0024】TOFF期間には、TON期間中に鉄心5
9やギャップ64に蓄えられた磁気的なエネルギーがダ
イオード63と巻線a−b間を経て直流電源53に回生
電流を流すことにより、回収する動作が行われるもので
ある。従って、TON期間中にスイッチング素子54と
巻線58b−c端子間を通じて供給された電気エネルギ
ーの内、回転軸56から動力として取り出すことができ
ず、磁路に蓄えられた状態となっていたエネルギー分
を、効果的に直流電源53に回収することができる。よ
って、スイッチング素子54のターンオフの瞬間に、前
記エネルギーがVCEに加わり、大きな過電圧を発生す
ることがなく、装置の信頼性が向上し、かつ余分なエネ
ルギー消費が抑えられることから装置の効率も良くなる
という効果がある。TOFF期間においては、第1の永
久磁石57が発する磁束φMにより、(エ)に示される
ように磁路の磁束は−φMとなる。During the TOFF period, the iron core 5 is used during the TON period.
The magnetic energy stored in 9 or the gap 64 flows through the diode 63 and the winding a-b, and the regenerative current is passed to the DC power source 53, whereby the recovery operation is performed. Therefore, of the electric energy supplied between the switching element 54 and the terminals of the winding 58b-c during the TON period, it cannot be taken out as power from the rotating shaft 56 and is in the state stored in the magnetic path. The power can be effectively recovered by the DC power supply 53. Therefore, at the moment when the switching element 54 is turned off, the energy is not added to VCE, a large overvoltage is not generated, the reliability of the device is improved, and extra energy consumption is suppressed, so that the device efficiency is also improved. There is an effect that. In the TOFF period, the magnetic flux φM generated by the first permanent magnet 57 causes the magnetic flux in the magnetic path to be −φM, as shown in (d).
【0025】一般に、スイッチング素子のターンオフ時
の過渡的な過電圧を吸収するためには、スイッチング素
子のコレクタ・エミッタ間に抵抗器とコンデンサの直列
回路、またはそれにダイオードを直列接続して構成した
スナバ回路と呼ばれる回路が用いられるが、本実施の形
態のようにダイオード63を設けることにより、これら
の方法に比して装置の効率が良くなるものである。Generally, in order to absorb a transient overvoltage when the switching element is turned off, a series circuit of a resistor and a capacitor, or a snubber circuit formed by connecting a diode to the series circuit between the collector and the emitter of the switching element. A circuit referred to as is used. By providing the diode 63 as in the present embodiment, the efficiency of the device is improved as compared with these methods.
【0026】なお、本実施の形態においても例えば巻線
58のb−c間とa−b間の磁気的結合が不十分な場合
には、いわゆるリーケージインダクタンスに磁気エネル
ギーが蓄えられ、それがスイッチング素子54のターン
オフ時にVCEの過電圧となって発生するため、場合に
よっては前述のスナバ回路を併用し、過電圧を抑える必
要があることもある。Also in the present embodiment, for example, when the magnetic coupling between b and c of the winding 58 and between a and b is insufficient, magnetic energy is stored in a so-called leakage inductance, which causes switching. Since an overvoltage of VCE is generated when the element 54 is turned off, it may be necessary to suppress the overvoltage by using the above-mentioned snubber circuit in some cases.
【0027】しかしながら、その場合にあっても、その
スナバ回路が吸収すべきエネルギー量は、ダイオード6
3なしの場合に比して、非常に小さくなることから、前
記スナバ回路に要する各構成部品の電力定格は小さいも
ので良く、トータル的に装置の小形・低コストが実現で
きるとともに、装置の効率も良くすることが可能とな
る。However, even in that case, the amount of energy to be absorbed by the snubber circuit is determined by the diode 6
Since it is much smaller than the case without 3, the power rating of each component required for the snubber circuit may be small, and the total size and cost of the device can be reduced and the efficiency of the device can be reduced. It will be possible to improve.
【0028】本実施の形態では、a−b間の巻数をb−
c間の巻数の2/3としていることから、スイッチング
素子54がオフした場合に、ダイオード63がオンする
ことによって、b−c間には直流電源53の電圧のほぼ
3/2倍の電圧、すなわち36Vの電圧が発生し、VC
Eは60Vとやや高くなるが、スイッチング素子54の
オン時間の比率が50%であるため、オフ期間中には、
ほとんど完全に回生が完了するものである。In the present embodiment, the number of turns between a and b is b-
Since it is 2/3 of the number of turns between c, when the switching element 54 is turned off, the diode 63 is turned on, so that a voltage between b and c is about 3/2 times the voltage of the DC power supply 53. That is, a voltage of 36 V is generated and VC
E becomes a little high at 60V, but since the on time ratio of the switching element 54 is 50%, during the off period,
Regeneration is almost complete.
【0029】つぎに、本実施の形態の起動について説明
する。前述のように、ギャップ64には0.2mm〜
0.5mmの傾斜がつけられているため、これが磁気的
な凹凸を示す。すなわち、ギャップ64が0.2mmの
角度に第2の物体52が位置すると、(図1にしめした
状態)磁気抵抗が小となり、逆に0.5mmのギャップ
にあれば、磁気抵抗が大となる。Next, the start-up of this embodiment will be described. As described above, the gap 64 is 0.2 mm to
Since it is inclined by 0.5 mm, this shows magnetic unevenness. That is, when the second object 52 is located at an angle of the gap 64 of 0.2 mm (the state shown in FIG. 1), the magnetic resistance becomes small, and conversely, when the gap is 0.5 mm, the magnetic resistance becomes large. Become.
【0030】一般に、磁気抵抗が最小になろうとするリ
ラクタンス力(この場合にはトルク)が作用するため、
結果として低速度において負荷が必要とするトルクがあ
る程度小さいならば、図1に図示した位置に第2の物体
52は停止する。したがって、装置の起動時には、スイ
ッチング素子54をオンさせれば、巻線58による起磁
力が発生し、第2の物体52には時計方向のトルクが発
生するため、単相の巻線を有する簡単な構成でありなが
ら確実に起動を行うことができるものである。Generally, the reluctance force (torque in this case) acting to minimize the magnetic resistance acts.
As a result, if the torque required by the load is low to some extent at low speeds, the second object 52 will stop in the position illustrated in FIG. Therefore, when the switching element 54 is turned on at the time of starting the device, a magnetomotive force is generated by the winding 58 and a clockwise torque is generated in the second object 52. Even with such a configuration, it is possible to reliably start up.
【0031】従来の技術にも、ギャップに傾斜をつける
方法で、抑留トルクを発生させ、単相巻線で起動を行う
方法はあったが、本実施の形態においては、特に第1の
永久磁石57と、巻線58、スイッチング素子54を組
み合わせることによって、特に第2の永久磁石60・6
1の位置を検知することもなく、いきなりスイッチング
素子54をオンさせることによって、起動がなされるこ
とから、極めて簡単な構成が可能となるものである。In the prior art, there was also a method of generating detention torque and activating with a single-phase winding by a method of inclining the gap, but in the present embodiment, especially the first permanent magnet is used. 57, the winding 58, and the switching element 54 in combination, the second permanent magnet 60.
Since the activation is performed by suddenly turning on the switching element 54 without detecting the position of 1, the extremely simple configuration is possible.
【0032】なお、本実施の形態においては、第1の永
久磁石57は、減磁しにくいネオジ焼結式の希土類永久
磁石を使用してることから、スイッチング素子54がオ
ンに期間中に、巻線58の電流によって発生し、逆方向
に作用する起磁力に対しても、減磁する心配がないこと
から、巻線の起磁力を大きくとることも可能となり、十
分な信頼性の確保ならびに、性能の向上が可能となって
いる。In the present embodiment, the first permanent magnet 57 is made of a neodymium-sintered rare earth permanent magnet that is hard to demagnetize, so that the switching element 54 is wound during the ON period. Since there is no fear of demagnetization even with respect to the magnetomotive force that is generated by the current of the wire 58 and acts in the opposite direction, it is possible to increase the magnetomotive force of the winding, thereby ensuring sufficient reliability and It is possible to improve performance.
【0033】本実施の形態の動力発生装置は、駆動回路
55からの出力のパルスに同期して第2の物体52が回
転するので、一般の同期電動機としての特性が得られ
る。In the power generator of the present embodiment, the second object 52 rotates in synchronization with the pulse output from the drive circuit 55, so that the characteristics of a general synchronous motor can be obtained.
【0034】また、定常動作中には、図2の(エ)に示
されるように、磁束の向きを正負の交番波形とすること
ができることから、連続して動力の取り出しが可能とな
る。Further, during the steady operation, as shown in FIG. 2D, the direction of the magnetic flux can be made into an alternating positive and negative waveform, so that the power can be continuously taken out.
【0035】なお、本実施の形態においては、第1の物
体51および第2の物体52を2極としているが、特に
2極に限るものではなく、4極や6極、さらに多い極数
にしたものも当然可能である。In the present embodiment, the first object 51 and the second object 52 have two poles, but the number of poles is not limited to two, and there are four poles, six poles, and more poles. What you have done is naturally possible.
【0036】また、本実施の形態は、回転運動を行うい
わゆるモータと呼ばれる実施の形態を示しているが、リ
ニアモータに用いてもよい。Further, although the present embodiment shows an embodiment called a so-called motor which performs a rotary motion, it may be used for a linear motor.
【0037】また、本実施の形態では、スイッチング素
子54をIGBTにて構成を行っているが、特にこの種
類のものでなければならないという限定はなく、例えば
MOSFET、バイポーラ石などを用いてもよく、その
場合には、駆動回路55をそれに応じた出力特性のもの
とすることによって実現することができるものである。Further, in the present embodiment, the switching element 54 is constituted by the IGBT, but it is not limited to this kind in particular, and for example, MOSFET, bipolar stone or the like may be used. In that case, it can be realized by making the drive circuit 55 have an output characteristic corresponding thereto.
【0038】さらに、第2の物体52および負荷の慣性
モーメントが大きい場合などには、通常の同期電動機で
一般に行われているように、起動時において駆動回路5
5からの出力信号の周期を大きくすることにより、脱調
を起こさず確実に起動することができるものとなる。Further, when the inertial moment of the second object 52 and the load is large, the drive circuit 5 is activated at the time of start-up, as is generally done in a normal synchronous motor.
By increasing the cycle of the output signal from 5, it is possible to reliably start up without causing step-out.
【0039】(実施の形態2)図3は、本発明の第2の
実施の形態における回転の動力を出力する動力発生装置
の回路図を示す。図3においても、図1とよく似た構成
となっている。異なる点は、駆動回路70が、ホールI
Cによって構成した位置検知手段71と接続されてい
て、位置検知手段71は、第2の物体のN極が対抗して
いる時にはHIGH信号、S極が対抗しているときには
LOW信号を発するものであり、駆動回路70は、位置
検知手段71からHIGHの信号が入力された時に、ス
イッチング素子54にオン信号を出力するようになって
いる。(Embodiment 2) FIG. 3 is a circuit diagram of a power generation device for outputting rotational power according to a second embodiment of the present invention. Also in FIG. 3, the configuration is very similar to that in FIG. The difference is that the drive circuit 70 is
The position detecting means 71 is connected to the position detecting means 71 constituted by C, and the position detecting means 71 emits a HIGH signal when the N pole of the second object is opposed and a LOW signal when the S pole is opposed. Therefore, the drive circuit 70 outputs an ON signal to the switching element 54 when a HIGH signal is input from the position detection means 71.
【0040】図4は、図3に示した動力発生装置の動作
波形図である。図4において、(ア)は位置検知手段7
1の出力電圧波形、(イ)はスイッチング素子54のゲ
ート・エミッタ間電圧VGEの電圧波形、(ウ)は同コ
レクタ・エミッタ間電圧VCEの電圧波形、(エ)は同
コレクタ電流ICの電流波形、(オ)は鉄心59を通る
磁束φの大きさの波形を示したものであり、図4の
(イ)〜(オ)は、図2の(ア)〜(エ)とほぼ同様の
波形となっている。FIG. 4 is an operation waveform diagram of the power generator shown in FIG. In FIG. 4, (A) is the position detecting means 7
1 is an output voltage waveform, (a) is a voltage waveform of the gate-emitter voltage VGE of the switching element 54, (c) is a voltage waveform of the collector-emitter voltage VCE, and (d) is a current waveform of the collector current IC. , (E) show waveforms of the magnitude of the magnetic flux φ passing through the iron core 59, and (a) to (e) of FIG. 4 show substantially the same waveforms as (a) to (d) of FIG. Has become.
【0041】本実施の形態においては、位置検知手段7
1の動作により、第2の物体52に設けられた第2の永
久磁石60・61の位置を検知しながら、スイッチング
素子54をオンオフするため、一般のDCブラシレスモ
ータと同様の特性を得ることができる。In the present embodiment, the position detecting means 7
By the operation of 1, the switching element 54 is turned on and off while detecting the positions of the second permanent magnets 60 and 61 provided on the second object 52, so that the characteristics similar to those of a general DC brushless motor can be obtained. it can.
【0042】すなわち、図1に示した同期式のモータに
比べて、巻線58の電流に対してトルクが多く取ること
ができる。通常同期モータにおいては、電流あたりの力
(トルク)が最大となるのは、電流と磁束が直交する状
態の脱出力の発生する条件となるが、直流モータにおい
ては、例えば位置検知手段71の設置を中性軸に置くこ
とによって、常に最大とすることもできる。That is, compared with the synchronous motor shown in FIG. 1, more torque can be taken with respect to the current of the winding 58. Normally, in a synchronous motor, the force (torque) per current is maximized under the condition that de-output occurs when the current and the magnetic flux are orthogonal, but in the DC motor, for example, the position detection means 71 is installed. Can also be maximized by placing on the neutral axis.
【0043】なお、本実施の形態においては、図1で述
べた実施の形態と同様、第1の永久磁石57に希土類の
永久磁石を使用し、ギャップ64に傾斜をつけ磁気抵抗
に凹凸が生じる構成とし、かつダイオード63を備えて
いることから、これらの効果も図1および図2の説明で
述べたものが得られる。In the present embodiment, as in the embodiment described with reference to FIG. 1, a rare earth permanent magnet is used as the first permanent magnet 57, and the gap 64 is inclined so that the magnetic resistance becomes uneven. With the configuration and the provision of the diode 63, these effects can be obtained as described in the description of FIGS. 1 and 2.
【0044】[0044]
【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明によ
れば、特に第1の物体と、第2の物体と、直流電源と、
スイッチング素子と、駆動回路からなり、前記第2の物
体は、前記第1の物体に対して相対的に可動に設けら
れ、前記第1の物体は、第1の永久磁石と単相の巻線と
鉄心を有し、前記第2の物体は、第2の永久磁石を有
し、前記第1の永久磁石と前記巻線は、いずれも前記第
2の永久磁石の磁束が作用する位置に設けられ、前記ス
イッチング素子は前記直流電源の一端子と前記巻線の一
端子間に接続され、前記直流電源の他端は前記巻線の他
端に接続され、前記スイッチング素子は前記駆動回路に
よってオンオフ制御され、前記駆動回路は前記スイッチ
ング素子を周期的にオンオフし、前記スイッチング素子
がオンした時に前記巻線から発生する起磁力は、前記第
1の永久磁石と逆向きとしたことにより、巻線が単相で
あり、スイッチング素子が1個しかない極簡単な構成で
あるにも関わらず、ほぼ連続的に動力を供給することが
できるものとなる。As described above, according to the invention described in claim 1, in particular, the first object, the second object, the DC power supply,
A switching element and a drive circuit, the second object is provided to be movable relative to the first object, and the first object is a first permanent magnet and a single-phase winding. And an iron core, the second object has a second permanent magnet, and the first permanent magnet and the winding are both provided at positions where the magnetic flux of the second permanent magnet acts. The switching element is connected between one terminal of the DC power supply and one terminal of the winding, the other end of the DC power supply is connected to the other end of the winding, and the switching element is turned on / off by the drive circuit. The drive circuit is controlled so that the switching element is periodically turned on and off, and the magnetomotive force generated from the winding when the switching element is turned on is opposite to that of the first permanent magnet. Is a single-phase and switching element There Despite the there is only very simple structure one, and it can be powered almost continuously.
【0045】また、請求項2記載の発明によれば、ダイ
オードを有し、前記巻線を、中間タップを持った3端子
とし、前記中間タップには前記直流電源の一端を接続
し、前記巻線の一端には前記スイッチング素子の一端を
接続し、前記巻線のもう一方の端子と前記直流電源の他
端子の間に、前記ダイオードを接続したことにより、信
頼性を向上することができると同時に、ムダな電力の消
費がなくなり、高効率の装置を実現することができるも
のである。According to the second aspect of the present invention, the winding is provided with three terminals having an intermediate tap, and one end of the DC power source is connected to the intermediate tap, and the winding is wound. It is possible to improve reliability by connecting one end of the switching element to one end of the wire and connecting the diode between the other terminal of the winding and the other terminal of the DC power supply. At the same time, it is possible to realize a highly efficient device by eliminating unnecessary power consumption.
【0046】また、請求項3記載の発明によれば、特に
第2の永久磁石の位置を検出する位置検知手段を備える
ため、簡単な構成でありながら、一般のブラシレス式の
直流電動機とほぼ同様の優れた特性を得ることができ
る。According to the third aspect of the invention, since the position detecting means for detecting the position of the second permanent magnet is provided, the structure is simple, but is almost the same as a general brushless type DC motor. It is possible to obtain excellent characteristics of.
【0047】また、請求項4記載の発明によれば、特
に、動力発生装置の第1の永久磁石を希土類磁石とした
ことにより、より性能が良く、信頼性に優れた動力発生
装置を提供することができる。Further, according to the invention described in claim 4, in particular, by using the rare earth magnet as the first permanent magnet of the power generation device, a power generation device having better performance and excellent reliability is provided. be able to.
【0048】また、請求項5記載の発明によれば、特
に、動力発生装置の鉄心を、磁気的な凹凸を有し、死点
からずれた位置で磁気抵抗が最小となる構成としたこと
により、負荷に必要な力がある程度以下の条件であれ
ば、死点からはずれた位置で停止し、つぎの起動時にお
いて、巻線に電流を流すことによって必ず起動力が得ら
れることから、非常に簡単な構成でありながら、起動の
保証をすることができる。According to the fifth aspect of the invention, in particular, the iron core of the power generation device has magnetic unevenness, and the magnetic resistance is minimized at a position displaced from the dead point. However, if the force required for the load is below a certain level, the starting force is always obtained by stopping at a position deviating from the dead point and supplying a current to the winding at the time of the next startup. Even with a simple configuration, it is possible to guarantee startup.
【図1】本発明の第1の実施の形態における動力発生装
置の回路図FIG. 1 is a circuit diagram of a power generation device according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同、動力発生装置の動作波形図FIG. 2 is an operation waveform diagram of the power generator of the same.
【図3】本発明の第2の実施の形態における動力発生装
置の回路図FIG. 3 is a circuit diagram of a power generation device according to a second embodiment of the present invention.
【図4】同、動力発生装置の動作波形図FIG. 4 is an operation waveform diagram of the power generator of the same.
【図5】従来の動力発生装置の回路図FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional power generator.
51 第1の物体 52 第2の物体 53 直流電源 54 スイッチング素子 55 駆動回路 57 第1の永久磁石 58 巻線 59 鉄心 60、61 第2の永久磁石 51 First Object 52 Second Object 53 DC Power Supply 54 Switching Element 55 Drive Circuit 57 First Permanent Magnet 58 Winding 59 Iron Core 60, 61 Second Permanent Magnet
Claims (5)
する第1の物体と、前記第1の物体に対して相対的に可
動に設けられ、前記第1の永久磁石と単相の巻線に対し
て磁束を作用させる第2の永久磁石を有する第2の物体
と、前記巻線及び直流電源と直列接続されたスイッチン
グ素子と、前記スイッチング素子を周期的にオンオフ制
御する駆動回路とを備え、前記スイッチング素子は、オ
ンした時に前記巻線が発生する磁束を前記第1の永久磁
石の磁束と逆向きとしてなる動力発生装置。1. A first object having a first permanent magnet, a single-phase winding, and an iron core, and a first object that is provided so as to be movable relative to the first object. A second object having a second permanent magnet that exerts a magnetic flux on the phase winding, a switching element connected in series with the winding and the DC power supply, and a drive for periodically turning the switching element on and off. And a switching circuit, wherein the switching element causes the magnetic flux generated by the winding when turned on to be opposite to the magnetic flux of the first permanent magnet.
相の巻線と鉄心を有する第1の物体と、前記第1の物体
に対して相対的に可動に設けられ、前記第1の永久磁石
と単相の巻線に対して磁束を作用させる第2の永久磁石
を有する第2の物体と、前記巻線の中間タップに一端を
接続した直流電源と、前記巻線の一端及び前記直流電源
の別の一端に接続されたスイッチング素子と、前記巻線
の別の一端及び前記直流電源の別の一端に逆接続された
ダイオードと、前記スイッチング素子を周期的にオンオ
フ制御する駆動回路とを備え、前記スイッチング素子
は、オンした時に前記巻線が発生する磁束を前記第1の
永久磁石の磁束と逆向きとしてなる動力発生装置。2. A first object having a single-phase winding having a first permanent magnet and an intermediate tap and an iron core; and a first object movably provided relative to the first object. Second object having a second permanent magnet for applying a magnetic flux to the permanent magnet and the single-phase winding, a DC power source having one end connected to an intermediate tap of the winding, one end of the winding and A switching element connected to the other end of the DC power supply, a diode reversely connected to the other end of the winding and the other end of the DC power supply, and a drive circuit that periodically turns on and off the switching element. And a switching device in which the magnetic flux generated by the winding when turned on is opposite to the magnetic flux of the first permanent magnet.
知手段を備え、駆動回路は前記位置検知手段からの出力
を受け、第2の物体と第1の物体間に所定の向きの電磁
力が発生するように、スイッチング素子のオンオフを制
御してなる請求項1または2記載の動力発生装置。3. A position detection means for detecting the position of the second permanent magnet is provided, and the drive circuit receives an output from the position detection means and receives an electromagnetic wave in a predetermined direction between the second object and the first object. 3. The power generator according to claim 1, wherein the switching element is controlled to be turned on and off so that force is generated.
求項1〜3のいずれか1項に記載の動力発生装置。4. The power generator according to claim 1, wherein the first permanent magnet is a rare earth magnet.
ずれた位置で磁気抵抗が最小となる請求項1〜4のいず
れか1項に記載の動力発生装置。5. The power generation device according to claim 1, wherein the iron core has magnetic unevenness, and has a minimum magnetic resistance at a position displaced from a dead center.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8014949A JPH09215390A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Power generator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8014949A JPH09215390A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Power generator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09215390A true JPH09215390A (en) | 1997-08-15 |
Family
ID=11875237
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8014949A Pending JPH09215390A (en) | 1996-01-31 | 1996-01-31 | Power generator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09215390A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013198247A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Citizen Holdings Co Ltd | Step motor |
-
1996
- 1996-01-31 JP JP8014949A patent/JPH09215390A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013198247A (en) * | 2012-03-19 | 2013-09-30 | Citizen Holdings Co Ltd | Step motor |
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Legal Events
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