專利名稱：再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用再生開關(guān)磁阻電機(jī)以驅(qū)動電動車等的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū) 動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，對于已被商業(yè)化的或提議的采用直流電源的代表性電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，存在如 下幾種(1)包含PWM逆變器和三相同步電機(jī)的，(2)包含恒定電流電源、多相恒定電流逆變 器和多相恒定電流電機(jī)的，(3)包含PWM逆變器和三相感應(yīng)電機(jī)的，以及(4)包含開關(guān)磁阻 電機(jī)(例如專利文獻(xiàn)1)的。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(1)已存在多年，并在近幾年通過在電機(jī)中使用強(qiáng)釹磁石而得到快 速發(fā)展。與采用釹磁石代替電磁石的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(1)相比，由與本發(fā)明相同的發(fā)明人發(fā) 明的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(2)能夠減少尺寸和重量，提高電機(jī)的效率。另外，電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(2)能 夠進(jìn)行再生制動直到停止，使得能夠提高能量回收效率。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(3)已存在多年，其商業(yè)產(chǎn)品在日本提出，在世界范圍內(nèi)處于領(lǐng)先。 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(3)不需要檢測電機(jī)中轉(zhuǎn)子角度位置，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的簡化和良好的控制 性。目前，該系統(tǒng)被廣泛用于列車，電梯等等。然而，在電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(3)中，要求被提供到 三相感應(yīng)電機(jī)的三相電源是完整的正弦波。另一方面，由PWM逆變器輸出的偽正弦波含有 許多諧波成分，這些諧波產(chǎn)生抗轉(zhuǎn)矩。這顯著降低了三相感應(yīng)電機(jī)的效率。此外，盡管再生 制動理論上可行，但是其需要分別地提供用于再生的逆變器，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)已提出多年，并且被許多研究者研究。然而，因為其相對于上述 的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(3)的優(yōu)越性沒有基礎(chǔ)，尤其因為其沒有特定的電制動方法，所以目前缺 少實(shí)際應(yīng)用。[專利文獻(xiàn)1日本特開專利公開文本2008-125195]

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的問題在上述的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(1)和O)中，在電機(jī)中適于采用釹磁石。然而大量使用 釹磁石存在供應(yīng)問題。因此，本發(fā)明的發(fā)明人認(rèn)為需要開發(fā)這樣的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其使用開 關(guān)磁阻電機(jī)而不使用釹磁石，并且實(shí)現(xiàn)了在開關(guān)磁阻電機(jī)中尺寸和重量的減少以及效率的 提高，并在再生制動時提高能量回收效率。具體地，開關(guān)磁阻電機(jī)效率的提高和在再生制動 時能量回收效率的提高對于減少二氧化碳的排放是重要的。因此，本發(fā)明的目的是提供一種再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其不采用釹磁石，并 實(shí)現(xiàn)開關(guān)磁阻電機(jī)的尺寸和重量的減少和效率的提高，以及再生制動時能量回收效率的提高。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括電源單元，其包括直流電源和連接到所述直流電源的電壓控制裝置；觸發(fā)電路，其具有連接到所述電源單元的輸入端子和 輸出端子，所述觸發(fā)電路使第一電流路徑和第二電流路徑交替導(dǎo)通；以及具有兩相結(jié)構(gòu)的 電機(jī)，該電機(jī)包括鐵制轉(zhuǎn)子，所述鐵制轉(zhuǎn)子具有在具有轉(zhuǎn)軸的圓柱結(jié)構(gòu)體的外周上以等間 隔設(shè)置的2η個凸部，其中η為整數(shù)，所述電機(jī)還包括鐵制定子，所述鐵制定子具有與所述凸 部隔著空隙而環(huán)狀地等間隔設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的外周的如個磁極，并且所述電機(jī)還包括每 隔一個磁極而纏繞在所述磁極上的第一線圈以及在沒有纏繞所述第一線圈的磁極上纏繞 的第二線圈，其中所述第一線圈連接到所述第一電流路徑，所述第二線圈連接到所述第二 電流路徑，其中所述電壓控制裝置從所述直流電源接收輸入電流，并且控制輸出電壓，以使 得輸出到所述觸發(fā)電路的輸出電流與負(fù)載電動勢的極性和大小無關(guān)而成為方向固定且大 小為所指示的值的直流電流，并且其中所述觸發(fā)電路在使得直流電流從所述輸入端子流到 所述輸出端子的同時，基于所述轉(zhuǎn)子的角度位置使所述第一電流路徑和第二電流路徑交替 地導(dǎo)通，以使得具有180°的電氣角寬度的矩形波電流交替地在所述第一線圈和第二線圈 中流動，并且在驅(qū)動所述電機(jī)時與制動所述電機(jī)時，所述觸發(fā)電路使交替地導(dǎo)通所述第一 電流路徑和第二電流路徑的定時錯開所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與180°電氣角相應(yīng)的角度的時間，并 且其中當(dāng)驅(qū)動所述電機(jī)時，所述電壓控制裝置輸入來自所述直流電源的正端子的電流，將 所述直流電流輸出到所述觸發(fā)電路，并且輸入來自所述觸發(fā)電路的所述直流電流，輸出到 所述直流電源的負(fù)端子而對所述直流電源進(jìn)行放電，當(dāng)對所述電機(jī)進(jìn)行制動時，所述電壓 控制裝置輸入來自所述直流電源的負(fù)端子的電流，并將直流電流輸出到所述觸發(fā)電路，并 且輸入從所述電機(jī)經(jīng)由所述觸發(fā)電路再生的所述直流電流，輸出到所述直流電源的正端子 而對所述直流電源進(jìn)行充電。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過使用電磁石來實(shí)現(xiàn)電機(jī)，該電機(jī)不需要釹磁石。并且，能夠使 電機(jī)的結(jié)構(gòu)比常規(guī)磁阻電機(jī)更簡單，實(shí)現(xiàn)尺寸和重量的減小。此外，通過使用簡單的控制以 基于轉(zhuǎn)子的角度位置使第一和第二電流路徑交替導(dǎo)通，從而允許具有電氣角180°的寬度 的矩形波電流交替流過第一和第二線圈，能夠在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動力，與提供例如正 弦波電流的情況相比實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩效率。另外，在驅(qū)動電機(jī)和制動電機(jī)的時間之內(nèi)，將使第一 和第二電流路徑交替導(dǎo)通的定時錯開一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180° 的角度，由此當(dāng)電源單元將直流電流提供至觸發(fā)電路時，該電源單元能夠在驅(qū)動電機(jī)時被 放電，并且能夠在制動電機(jī)并直到電機(jī)停止(即，直到電機(jī)的電動勢為0)時被再生電力充 電，這能夠提高能量回收效率。另外，根據(jù)本發(fā)明的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括電源單元，其包括直流電源 和連接到所述直流電源的電壓控制裝置；m個觸發(fā)電路，其具有連接到所述電源單元的輸 入端子和輸出端子，并使第一電流路徑和第二電流路徑交替導(dǎo)通，其中m為整數(shù)；以及m個 具有兩相結(jié)構(gòu)的電機(jī)，所述電機(jī)包括鐵制轉(zhuǎn)子，所述鐵制轉(zhuǎn)子具有在具有轉(zhuǎn)軸的圓柱結(jié)構(gòu) 體的外周上以等間隔設(shè)置的2η個凸部，其中η為整數(shù)，所述電機(jī)還包括鐵制定子，所述鐵制 定子具有與所述凸部隔著空隙而環(huán)狀地等間隔設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的外周的如個磁極，并且 所述電機(jī)還包括在每隔一個磁極而纏繞在所述磁極上的第一線圈以及在沒有纏繞所述第 一線圈的磁極上纏繞的第二線圈，其中所述第一線圈連接到所述m個觸發(fā)電路中的對應(yīng)的 觸發(fā)電路的所述第一電流路徑，所述第二線圈連接到所述m個觸發(fā)電路中的對應(yīng)的觸發(fā)電 路的第二電流路徑，其中m個電機(jī)具有公共的轉(zhuǎn)軸，其中各轉(zhuǎn)子上的凸部在所述轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上的位置是相同的，而各定子中的基準(zhǔn)位置在所述轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上相隔90° /m， 其中所述電壓控制裝置從所述直流電源接收輸入電流，并且控制輸出電壓，以使得輸出到 所述觸發(fā)電路的輸出電流與負(fù)載電動勢的極性和大小無關(guān)而成為方向固定且大小為所指 示的值的直流電流，其中所述m個觸發(fā)電路在使得所述直流電流從所述輸入端子流到所述 輸出端子的同時，基于相應(yīng)的所述電機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的角度位置使所述第一電流路徑和第二 電流路徑交替導(dǎo)通，以使得具有180°的電氣角寬度的矩形波電流交替地在所述第一線圈 和第二線圈中流動，并且在驅(qū)動所述電機(jī)時與制動所述電機(jī)時，所述m個觸發(fā)電路使交替 地導(dǎo)通所述第一電流路徑和第二電流路徑的定時錯開所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與180°電氣角相應(yīng)的 角度的時間，并且其中當(dāng)驅(qū)動所述電機(jī)時，所述電壓控制裝置輸入來自所述直流電源的正 端子的電流，將所述直流電流輸出到所述觸發(fā)電路，并且輸入來自所述觸發(fā)電路的所述直 流電流，輸出到所述直流電源的負(fù)端子而對所述直流電源進(jìn)行放電，當(dāng)對所述電機(jī)進(jìn)行制 動時，所述電壓控制裝置輸入來自所述直流電源的負(fù)端子的電流，將所述直流電流輸出到 所述觸發(fā)電路，并且輸入從所述電機(jī)經(jīng)由所述觸發(fā)電路再生的所述直流電流，輸出到所述 直流電源的正端子而對所述直流電源進(jìn)行充電。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，通過使用電磁石來實(shí)現(xiàn)電機(jī)，該電機(jī)不需要釹磁石。并且，能夠使 電機(jī)的結(jié)構(gòu)比常規(guī)磁阻電機(jī)更簡單，實(shí)現(xiàn)尺寸和重量的減小。此外，通過使用簡單的控制以 基于轉(zhuǎn)子的角度位置使第一和第二電流路徑交替導(dǎo)通，從而允許具有電氣角180°的寬度 的矩形波電流交替流過第一和第二線圈，能夠在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生有效的轉(zhuǎn)動力，與提供例如正 弦波電流的情況相比實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)矩效率。另外，在驅(qū)動電機(jī)和制動電機(jī)的時間之內(nèi)，將使第一 和第二電流路徑交替導(dǎo)通的定時錯開一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180° 的角度，由此當(dāng)電源單元將直流電流提供至觸發(fā)電路時，該電源單元能夠在驅(qū)動電機(jī)時被 放電，并且能夠在制動電機(jī)并直到電機(jī)停止(即，直到電機(jī)的電動勢為0)時被再生電力充 電，這能夠提高能量回收效率。此外，m個觸發(fā)電路允許對應(yīng)電機(jī)的第一線圈和對應(yīng)電機(jī)的第二線圈連接到分別 連接到第一電流路徑和第二電流路徑，使得第一和第二電流路徑交替導(dǎo)通，其中m個電機(jī) 具有公共的轉(zhuǎn)軸，在轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向上對應(yīng)轉(zhuǎn)子的凸部位置是相同的，而在轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)方向上 對應(yīng)定子的基準(zhǔn)位置相隔90° /m，由此能夠消除轉(zhuǎn)矩零點(diǎn)，減少轉(zhuǎn)矩脈動，以減少第一和 第二線圈的相對電抗，減少當(dāng)電流路徑切換到導(dǎo)通時的過電壓。發(fā)明效果本發(fā)明的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)在不使用釹磁石的情況下，能夠減少尺寸和 重量，提高開關(guān)磁阻電機(jī)的效率，提高再生制動時的能量回收效率。


圖1是示出電動車的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是示出再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的圖。圖3是垂直于恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的軸的截面圖。圖4是示出恒定電流觸發(fā)電路的結(jié)構(gòu)的圖。圖5是用于解釋當(dāng)驅(qū)動恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)時的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理的狀態(tài)轉(zhuǎn)變 圖。
圖6是示出圖5情況下勵磁線圈電動勢的時間切換和恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的 轉(zhuǎn)矩的時間轉(zhuǎn)變的圖。圖7是用于解釋恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的再生制動時的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理的狀態(tài) 轉(zhuǎn)變圖。圖8是示出圖7情況下勵磁線圈電動勢的時間轉(zhuǎn)變和恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的 轉(zhuǎn)矩的時間轉(zhuǎn)變的圖。圖9是示出直流恒定電流電源單元的結(jié)構(gòu)的圖。圖10是示出直流恒定電流電源單元中的半導(dǎo)體開關(guān)操作和操作時它們的輸出電 壓的圖表。圖11是示出車輛驅(qū)動狀態(tài)和直流恒定電流電源單元的操作的圖。圖12是垂直于具有另一結(jié)構(gòu)的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的軸的截面圖。圖13是示出電機(jī)單元的結(jié)構(gòu)的圖。圖14是示出形成電機(jī)單元的各恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的配置的圖。圖15是示出在使用圖13所示的電機(jī)單元的情況下的恒定電流觸發(fā)電路單元和觸 發(fā)控制電路的結(jié)構(gòu)的圖。圖16是示出直流恒定電流電源單元的另一種結(jié)構(gòu)的圖。標(biāo)號的解釋1直流恒定電流電源單元2,2-1,2-2, 2-3，2-4恒定電流觸發(fā)電路3,3-1, 3-11，3-12，3-13，3-14恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)4差動齒輪5機(jī)械制動10 轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)子鐵芯12-1，12-2，12-3，12-4 轉(zhuǎn)子凸極13 轉(zhuǎn)軸14 定子15 磁軛16-1，16-2，16-3,16-4,16-5,16-6,16-7,16-8 定子磁極17-1，17-2，17-3,17-4,17-5,17-6,17-7,17-8 勵磁線圈17a A 相線圈17b B 相線圈20-1，20-2，20-3，20-4，131 半導(dǎo)體開關(guān)21換向電容器22-1，22-2，22-3，22-4 二極管60觸發(fā)控制電路1 ，139直流電源130，140 電抗器135，145恒定電流電源控制單元
146充/放電切換設(shè)備147恒定電流斬波器
具體實(shí)施例方式在再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，電源單元在向觸發(fā)電路提供恒定直流電流的同 時，可以在驅(qū)動電機(jī)時被放電，也能夠在制動電機(jī)直到電機(jī)停止時被再生電力充電，以提高
能量效率。[實(shí)施例1]圖1示出了應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的電動車 的結(jié)構(gòu)。參考圖1，電動車具有直流恒定電流電源單元1，恒定電流觸發(fā)電路2，作為再生開 關(guān)磁阻電機(jī)的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3，差動齒輪4和機(jī)械制動5。其中，根據(jù)本發(fā)明實(shí) 施方式的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主要包括直流恒定電流電源單元1，恒定電流觸發(fā)電 路2和恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3。值得注意的是，盡管圖1中僅提供了一個多相恒定電流 電機(jī)1，但是為省略差動齒輪4能夠被構(gòu)造成為每個輪胎設(shè)置一個所述多相恒定電流電機(jī) 1。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，機(jī)械制動5在之后描述的正常驅(qū) 動中不是必需的，但是其起到了在停止后用于輪胎的鎖定和緊急情況下的制動的作用。直流恒定電流電源單元1操作，以能夠在不考慮作為負(fù)載的恒定電流觸發(fā)型磁阻 電機(jī)3的電動勢的極性和幅值的情況下在恒定方向上輸出具有恒定幅值的恒定直流電流。 值得注意的是，當(dāng)恒定直流電流的幅值具有恒定值時，該恒定值能夠被任意設(shè)定。當(dāng)作為負(fù) 載的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3被制動時，即當(dāng)負(fù)載電動勢為負(fù)時，直流恒定電流電源單 元1操作以由負(fù)載恢復(fù)再生電力。恒定電流觸發(fā)電路2接收作為從前級的直流恒定電流電源單元1的輸入的恒定直 流電流，并具有允許矩形波電流在之后描述的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3的兩個線圈中交 替流動的功能。換句話說，恒定電流觸發(fā)電路2允許兩相矩形電流流動。當(dāng)恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3從前級的恒定電流觸發(fā)電路2接收兩相矩形波電流 時，兩個相鄰的定子磁極與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動同步地交替被磁化。這兩個相鄰的定子磁極產(chǎn)生吸 引力以在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力。在使用開關(guān)磁阻電機(jī)的常規(guī)的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，三相PWM逆變器使用直流恒定電 壓電源作為輸入，并產(chǎn)生偽正弦波電流或具有120°的電氣角的寬度的矩形波電流等并將 其提供到開關(guān)磁阻電機(jī)。在這樣的采用開關(guān)磁阻電機(jī)的常規(guī)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，由于多種 關(guān)系，例如直流恒定電壓電源、大電抗和勵磁線圈的勵磁極的數(shù)目、供給電力等等之間的關(guān) 系，不可能在需要在勵磁極中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的時刻將設(shè)計的最大電流提供到勵磁線圈。進(jìn)一步， 在使用開關(guān)磁阻電機(jī)的常規(guī)的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，勵磁線圈中流動的電流在應(yīng)該為零的時刻 不可能成為零，因此造成不必要的抗轉(zhuǎn)矩。另外，當(dāng)再生電動勢產(chǎn)生時沒有方法能夠從使用 開關(guān)磁阻電機(jī)的常規(guī)的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中提取再生電力，使得再生制動不能夠?qū)崿F(xiàn)。相對地，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，包括半導(dǎo)體開 關(guān)的恒定電流觸發(fā)電路3與恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同步地將直流恒定電 流電源單元1的輸出電流交替提供到具有兩相結(jié)構(gòu)的勵磁線圈，以產(chǎn)生轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)矩。這 種結(jié)構(gòu)能夠在轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的時刻幾乎同時地將具有設(shè)計的最大值的電流提供到勵磁線圈，同
8時允許在勵磁線圈中流動的電流在產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的功能完成的時刻瞬間變?yōu)榱?，以防止不需?的抗轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生。并且，由于直流恒定電流電源單元1的輸出電流的方向沒有改變，而將給勵 磁線圈供電的電源的定時錯開了 180°的相位差，使得負(fù)載電動勢為負(fù)。因此，直到停止都 可以進(jìn)行再生制動，產(chǎn)生高能量回收效率，并且在正常驅(qū)動中也不需要機(jī)械制動5的操作。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方式的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)的 框圖。圖2所示的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)具有直流恒定電流電源單元1，恒定電流觸發(fā) 電路2和恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3。下文將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的再生開關(guān) 磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。圖3是垂直于圖2所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3的軸的截面圖。恒定電流觸 發(fā)型磁阻電機(jī)3具有2相4極結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子10包括轉(zhuǎn)子鐵芯11和兩個凸極(轉(zhuǎn)子凸極)12-1 和12-2。轉(zhuǎn)子鐵芯11是由鐵制成的圓柱形結(jié)構(gòu)體，并可旋轉(zhuǎn)地支撐在作為軸的主旋轉(zhuǎn)軸 13上。兩個轉(zhuǎn)子凸極12-1和12-2在轉(zhuǎn)子鐵芯11的外周以180°的間隔設(shè)置。環(huán)形定子14環(huán)繞如上所述的轉(zhuǎn)子10的外周而設(shè)置。定子14包括磁軛15和4個 定子磁極16-1，16-2，16-3，16-4。磁軛15呈環(huán)形，4個定子磁極16—1，16—2，16—3，16—4在 磁軛15的內(nèi)周上等間隔(這里間隔為90° )設(shè)置，與轉(zhuǎn)子凸極12-1和12-2存在空隙。勵磁線圈17-1纏繞在定子磁極16-1上。類似地，勵磁線圈17-2，勵磁線圈17_3 和勵磁線圈17-4分別纏繞在定子磁極16-2，定子磁極16-3和定子磁極16_4上。在這些線 圈中，勵磁線圈17-1和勵磁線圈17-3纏繞并串聯(lián)在一起，以產(chǎn)生從定子磁極16-1向定子 磁極16-3流動的磁通量。串聯(lián)連接的勵磁線圈17-1和17-3在之后被稱為A相線圈17a。 類似地，勵磁線圈17-2和勵磁線圈17-4纏繞并串聯(lián)在一起，以產(chǎn)生從定子磁極16-2向定 子磁極16-4流動的磁通量。串聯(lián)連接的勵磁線圈17-2和17-4在之后被稱為B線圈17b。 值得注意的是，恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3設(shè)置成在垂直于圖3的紙面的方向上具有合適 的厚度。圖4是示出圖2中的恒定電流觸發(fā)電路2的結(jié)構(gòu)的圖。恒定電流觸發(fā)電路2具 有連接到直流恒定電流電源單元1的輸入端子19-1和輸出端子19-2。電流路徑M-I和 24-2形成在輸入端子19-1和輸出端子19-2之間。順次由輸入端子19_1側(cè)連接到電流路 徑M-I的是半導(dǎo)體開關(guān)20-1，例如IGBT、晶閘管和功率晶體管；具有在輸入端子側(cè)的陽 極和輸出端子19-2側(cè)的陰極的二極管22-1 ；具有在輸入端子側(cè)的陽極和輸出端子19-2側(cè) 的陰極的二極管22-3 ；以及恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3的A相線圈17a。同樣順次由輸入端子19-1側(cè)連接到電流路徑M-2的是半導(dǎo)體開關(guān)20-2，例如 IGBT、晶閘管和功率晶體管；具有在輸入端子19-1側(cè)的陽極和輸出端子19-2側(cè)的陰極的二 極管22-2 ；具有在輸入端子19-1側(cè)的陽極和輸出端子19-2側(cè)的陰極的二極管22_4 ；以及 恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中的B相線圈17b。在二極管22-1的陰極和二極管22-3的陽 極之間的點(diǎn)和在二極管22-2的陰極和二極管22-4的陽極之間的點(diǎn)通過換向電容器21連 接。半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2執(zhí)行所謂的觸發(fā)操作，使得當(dāng)其中一個導(dǎo)通，另一個關(guān) 斷。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-1導(dǎo)通并且半導(dǎo)體開關(guān)20-2關(guān)斷時，來自直流恒定電流電源單元1 的恒定直流電流流過電流路徑M-1，并提供到A相線圈17a。另一方面，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-2 導(dǎo)通并且半導(dǎo)體開關(guān)20-1關(guān)斷時，來自直流恒定電流電源單元1的輸出電流流過電流路徑24-2,并提供到B相線圈17b。換句話說，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20_2交替導(dǎo)通和關(guān)斷時，來 自直流恒定電流電源單元1的具有與恒定直流電流值I相等的峰值的矩形波電流在A相線 圈17a和B相線圈17b中流動。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2從電流在A相線圈17a中流動的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到電流在B 相線圈17b中流動的狀態(tài)時，或是當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2從電流在B相線圈17b中流 動的狀態(tài)轉(zhuǎn)變到電流在A相線圈17a中流動的狀態(tài)時，換向電容器21用于防止過電壓的發(fā) 生。二極管22-1、22-2、22-3和22-4用于輔助對換向電容器21的充電。例如勵磁線圈17-1的磁能1/2LI2(L 例如勵磁線圈17_1的電抗，I 例如勵磁線 圈17-1的電流)曾被存儲成換向電容器21的靜電能量V2CV2 (C:換向電容器21的靜電容 量，V:換向電容器21的充電電壓)。這里，當(dāng)換向電容器21的靜電容量被減少時，換向時 間縮短而過電壓增加。另一方面，當(dāng)換向電容器21的靜電容量增加時，換向時間增加而過 電壓減少。從這些關(guān)系中，換向電容器21的靜電容量被確定為具有合適的過電流值和換向 時間。觸發(fā)控制電路60用于控制之前所述的半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2的導(dǎo)通/關(guān)斷切 換。觸發(fā)控制電路60接收指示恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中轉(zhuǎn)子11的角度位置的輸入角 度位置信息，并且，基于該角度位置，向半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2輸出用于切換半導(dǎo)體開關(guān) 20-1和20-2的導(dǎo)通/關(guān)斷的操作信號。另外，當(dāng)接收輸入制動指令時，觸發(fā)控制電路60將 操作信號的輸出定時從驅(qū)動時的輸出定時錯開一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)動了對應(yīng)于 電氣角180°的角度。如之前所述，當(dāng)矩形波電流交替在A相線圈17a和B相線圈17b中流動時，在恒定 電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。圖5是用于解釋當(dāng)驅(qū)動恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3時 的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理的狀態(tài)轉(zhuǎn)變圖。在圖5中，在圖3所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中的 轉(zhuǎn)子11中的轉(zhuǎn)子凸極12-1以及定子14中的定子磁極16-1和16-2、形成A相線圈17a的 勵磁線圈17-1和形成B相線圈17b的勵磁線圈17-2均由線形代替和表示。圖5 (a)示出了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下，半導(dǎo)體開關(guān)20-1導(dǎo)通，半導(dǎo)體開關(guān)20_2關(guān) 斷，矩形波電流在形成A相線圈17a的勵磁線圈17-1(斜線部分)中流動以對勵磁線圈17_1 勵磁，從而磁化定子磁極16-1，使得轉(zhuǎn)子凸極12-1被吸引到定子磁極16-1而朝向定子磁極 16-1移動，由此轉(zhuǎn)子凸極12-1和定子磁極16-1完全彼此相對。當(dāng)達(dá)到圖5(a)所示的狀態(tài)時，觸發(fā)控制電路60切換半導(dǎo)體開關(guān)20-1關(guān)斷，半導(dǎo) 體開關(guān)20-2導(dǎo)通。這導(dǎo)致從矩形波電流在形成A相線圈17a的勵磁線圈17_1中流動的狀 態(tài)轉(zhuǎn)變到如圖5(b)所示矩形波電流在形成B相線圈17b的勵磁線圈17-2(斜線部分)中 流動的狀態(tài)(轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端在位置Pl處)。這樣，勵磁線圈17-2被勵磁以磁化定子磁極16-2，使得轉(zhuǎn)子凸極12_1被吸引到 定子磁極16-2，在轉(zhuǎn)子凸極12-1中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力，從而朝向定子磁極16-2移動。在圖5(c) 所示的狀態(tài)(轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端在位置P2處)中和在圖5(d)所示的狀態(tài)(轉(zhuǎn)子凸極 12-1的右端在位置P3處)中，在轉(zhuǎn)子凸極12-1中產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)力。如圖5(e)所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極12-1和定子磁極16_2在彼此完全相對的狀態(tài)中時， 即當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極12-1從圖5(b)所示的狀態(tài)旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180°的角度(機(jī)械角度 90° )時(轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端處于位置P4)，觸發(fā)控制電路60切換半導(dǎo)體開關(guān)20-1導(dǎo)通和半導(dǎo)體開關(guān)20-2關(guān)斷。之后，進(jìn)行從圖5(b)至圖5(e)所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，假設(shè)圖5 (b) 至圖5(e)中定子磁極16-1由定子磁極16-2代替，勵磁線圈17_1由勵磁線圈17_2代替， 在轉(zhuǎn)子凸極16-1中產(chǎn)生持續(xù)的旋轉(zhuǎn)力。圖6是示出了在圖5(b)的狀態(tài)到圖5(e)的狀態(tài)期間被勵磁的形成B相線圈17b 的勵磁線圈17-2的電動勢的時間轉(zhuǎn)變(圖6(a))，同時也示出了恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī) 3的轉(zhuǎn)矩的時間轉(zhuǎn)變(圖6(b))的圖。圖6中，水平軸上的tPl、tP2、tP3以及tP4代表圖 5(b)至圖5(e)中轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端到達(dá)位置PI、P2、P3和P4的時間。在從圖5 (b)的狀態(tài)到圖5 (c)的狀態(tài)期間(從時間tPl到時間tP2的時間段內(nèi))， 恒定直流電流I在勵磁線圈17-2中流動。然而，轉(zhuǎn)子凸極12-1并未與具有勵磁線圈17-2 纏繞其上的定子磁極16-2相對，使得勵磁線圈17-2與空氣芯線圈的狀態(tài)相同，實(shí)質(zhì)上沒有 在定子磁極16-2中產(chǎn)生磁通量。此外，在勵磁線圈17-2中產(chǎn)生與直流電阻R和恒定直流 電流I的乘積RI相同的壓降(電阻壓降)。另一方面，在從圖5(c)的狀態(tài)到圖5(e)的狀態(tài)期間(從時間tP2到時間tP4的 時間段內(nèi))，轉(zhuǎn)子凸極12-1與具有勵磁線圈17-2纏繞其上的定子磁極16-2交疊，以在定 子磁極16-2中產(chǎn)生基本上與交疊面積成比例的磁通量。當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端處于位置 Pl的時間tPl時在定子磁極16-2中產(chǎn)生的磁通量最小，并在轉(zhuǎn)變到位置P2、P3、P4的期間 內(nèi)逐漸增加。在具有纏繞在定子磁極16-2上的勵磁線圈17-2的B相線圈17b中，根據(jù)法 拉第定律產(chǎn)生電動勢El = N · (ΙΦ/dt。這里，N是勵磁線圈17-2的匝數(shù)，Φ是磁通線數(shù)， t是時間。假設(shè)轉(zhuǎn)子凸極12-1的速度在圖5所示的水平方向上是恒定的，轉(zhuǎn)子凸極12-1和 定子磁極16-2之間的交疊面積與時間成比例增加，使得在B相線圈17b中產(chǎn)生的電動勢El 是恒定的。另外，電動勢El的極性方向與恒定直流電流I的方向相反。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-2被切換成導(dǎo)通時，在形成B相線圈17b的勵磁線圈17_2中產(chǎn) 生電動勢E1，從而允許恒定直流電流I在勵磁線圈17-2中流動，圖6(a)所示的負(fù)載電動勢 El施加到直流恒定電流電源單元1。直流恒定電流電源單元1將功率提供到作為負(fù)載的恒 定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中的勵磁線圈17-2，該功率由圖6(a)所示的負(fù)載電動勢El和恒 定直流電流I相乘而獲得，由此電能IXEl減去電阻壓降RI的電能轉(zhuǎn)換成恒定電流觸發(fā)型 磁阻電機(jī)3的旋轉(zhuǎn)能量。另外，如圖6(b)所示，在從圖5(c)的狀態(tài)到圖5(e)的狀態(tài)期間在恒定電流觸發(fā) 型磁阻電機(jī)3中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩Γ 1是與負(fù)載電動勢El成比例的恒定值。另一方面，形成A相線圈17a的勵磁線圈17_1的電動勢波形和通過將電力提供到 勵磁線圈17-1而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩波形從圖6(a)所示的電動勢波形和圖6(b)所示的轉(zhuǎn)矩波形 錯開一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180°的角度(機(jī)械角度90° )。注意到前文描述了轉(zhuǎn)子凸極12-1，具有勵磁線圈17-1纏繞其上的定子磁極16_1， 以及具有勵磁線圈17-2纏繞其上的定子磁極16-2。這同樣適用于在相對側(cè)的轉(zhuǎn)子凸極 12-2、具有勵磁線圈17-3纏繞其上的定子磁極16-3以及具有勵磁線圈17_4纏繞其上的定 子磁極16-4。圖7是用于解釋在恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3的再生制動時的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生原理的狀 態(tài)轉(zhuǎn)變圖。與圖5的狀態(tài)轉(zhuǎn)變相比，圖7的狀態(tài)轉(zhuǎn)變是將允許恒定直流電流在勵磁線圈17-1和17-2中流動的定時被錯開了一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180°的角 度(機(jī)械角度90° )。圖7 (a)示出了一種狀態(tài)，在該狀態(tài)下，半導(dǎo)體開關(guān)20-1關(guān)斷，半導(dǎo)體開關(guān)20_2導(dǎo) 通，矩形波電流在形成B相線圈17b的勵磁線圈17-2(斜線部分)中流動以對勵磁線圈17-2 勵磁，從而磁化定子磁極16-2，同時在轉(zhuǎn)動中(圖7所示是向右移動)轉(zhuǎn)子凸極12-1和定 子磁極16-1完全彼此相對。當(dāng)達(dá)到圖7(a)所示的狀態(tài)時，觸發(fā)控制電路60切換半導(dǎo)體開關(guān)20-1導(dǎo)通和半導(dǎo) 體開關(guān)20-2關(guān)斷。這導(dǎo)致從矩形波電流在形成B相線圈17b的勵磁線圈17-2中流動的狀 態(tài)轉(zhuǎn)變到如圖7 (b)所示的矩形波電流在形成A相線圈17a的勵磁線圈17-1 (斜線部分) 中流動的狀態(tài)(轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端在位置Pl處)。這樣，勵磁線圈17-1被勵磁以磁化定子磁極16-1，使得力施加到轉(zhuǎn)子凸極12_1， 使其被吸引到定子磁極16-2。這種力用作與旋轉(zhuǎn)方向相反的制動力。在圖7(c)(轉(zhuǎn)子凸 極12-1的右端在位置P2處)所示的狀態(tài)中和在圖7(d)(轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端在位置P3 處)所示的狀態(tài)中，在轉(zhuǎn)子凸極12-1中產(chǎn)生了制動力。如圖7(e)所示，當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極12-1和定子磁極16_2處于彼此完全相對的狀態(tài)中 時，即當(dāng)轉(zhuǎn)子凸極12-1從圖7(b)所示的狀態(tài)中旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180°的角度(機(jī)械角 度90° )時(轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端處于位置P4)，觸發(fā)控制電路60切換半導(dǎo)體開關(guān)20-1 關(guān)斷和半導(dǎo)體開關(guān)20-2導(dǎo)通。之后，進(jìn)行圖7(b)至圖7(e)所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，假設(shè)圖7 (b) 至圖7(e)中定子磁極16-1由定子磁極16-2代替，勵磁線圈17_1由勵磁線圈17_2代替， 在轉(zhuǎn)子凸極16-1中產(chǎn)生持續(xù)的制動力。圖8是示出了在從圖7(b)的狀態(tài)到圖7(e)的狀態(tài)期間被勵磁的形成A相線圈 17a的勵磁線圈17-1的電動勢的時間轉(zhuǎn)變(圖7(a))，同時也示出了恒定電流觸發(fā)型磁阻 電機(jī)3的轉(zhuǎn)矩的時間轉(zhuǎn)變(圖7(b))的圖。在圖8中，水平軸上的tPl、tP2、tP3以及tP4 代表圖7(b)至圖7(e)所示轉(zhuǎn)子凸極12-1的右端到達(dá)位置P1、P2、P3和P4的時間。在具有形成A相線圈17a的勵磁線圈17_1纏繞其上的定子磁極16_1中，產(chǎn)生了基 本上與轉(zhuǎn)子凸極12-1和定子磁極16-1之間的交疊面積成比例的磁通量。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子凸 極12-1的右端處于位置Pl時，在定子磁極16-1中產(chǎn)生的磁通量在時間tPl時最大，并在 轉(zhuǎn)變到位置P2、P3、P4的期間逐漸減小。在具有在定子磁極16-1上纏繞的勵磁線圈17-1 的A相線圈17a中，根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生電動勢E2 = Ν· (ΙΦ/dt。假設(shè)轉(zhuǎn)子凸極12-1的速度在水平方向上是恒定的，轉(zhuǎn)子凸極12-1和定子磁極 16-1之間的交疊面積與時間成比例地減少，使得在A相線圈17a中產(chǎn)生的電動勢Ε2是恒定 的。另外，電動勢E2的極性方向與恒定直流電流I的方向相同。當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-1被切換成導(dǎo)通，在形成A相線圈17b的勵磁線圈17_1中產(chǎn)生 電動勢E2，從而允許恒定直流電流I在勵磁線圈17-1中流動，在直流恒定電流電源單元1 中再生了電能，該電能由恒定直流電流I與負(fù)載電動勢E2的絕對值減去電阻壓降RI的值 相乘而獲得。另外，如圖8(b)所示，在從圖7(c)的狀態(tài)到圖7(e)的狀態(tài)的期間在恒定電流觸 發(fā)型磁阻電機(jī)3中產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩Γ 2是與負(fù)載電動勢E2成比例的恒定值。另一方面，形成B相線圈17b的勵磁線圈17-2的電動勢和通過將電力提供到勵磁線圈17-2產(chǎn)生的制動轉(zhuǎn)矩從圖8 (a)所示的電動勢和圖8(b)所示的制動轉(zhuǎn)矩錯開一時間， 在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180°的角度(機(jī)械角度90° )。注意到前文描述了轉(zhuǎn)子凸極12-1，具有勵磁線圈17-1纏繞其上的定子磁極16-1， 以及具有勵磁線圈17-2纏繞其上的定子磁極16-2。這同樣適用于在相對側(cè)的轉(zhuǎn)子凸極 12-2、具有勵磁線圈17-3纏繞其上的定子磁極16-3以及具有勵磁線圈17_4纏繞其上的定 子磁極16-4。圖9是示出直流恒定電流電源單元1的結(jié)構(gòu)的圖。與僅被控制輸出恒定輸出電流 的電源單元相比，直流恒定電流電源單元1的特征在于其被控制以在不考慮負(fù)載電動勢的 極性和幅值的情況下在恒定方向上輸出恒定電流(恒定直流電流)，并具有接收由作為負(fù) 載的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3再生的電力的功能。直流恒定電流電源單元1主要包括一個不對稱的PWM(脈沖寬度調(diào)制)橋(不對 稱PWM橋)。不對稱PWM橋中的半導(dǎo)體開關(guān)131可以可選地從IGBT、晶閘管、功率晶體管等 等中選擇。不對稱PWM橋具有對應(yīng)于所謂交流端子的部分，其連接到直流電源129，同時不 對稱PWM橋還具有連接到恒定電流觸發(fā)電路2的輸入端子19-1的所謂的直流端子X，連接 到輸出端子19-2的直流端子Y(參見圖4)。在直流恒定電流電源單元1中，形成不對稱PWM橋的半導(dǎo)體開關(guān)131 (Si、S2、S3、 S4)響應(yīng)于預(yù)設(shè)的載波頻率信號來進(jìn)行導(dǎo)通/關(guān)斷操作，其中導(dǎo)通時間能夠被控制。一對半 導(dǎo)體開關(guān)131 (Si、S4)和一對半導(dǎo)體開關(guān)131 (S2、S3)并不是像在普通橋內(nèi)那樣對稱地操 作，而是被設(shè)計為對應(yīng)于負(fù)載電動勢的正極性或反極性而整體地非對稱地操作每對。更具 體地，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)131(S1、S4)對操作時，在直流端子X、Y之間輸出具有正平均值的電壓， 該電壓的值由半導(dǎo)體開關(guān)131(S1、S4)的導(dǎo)通時間長度控制。另外，當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)131 (S2、 S3)對操作時，在直流端子X、Y之間輸出具有負(fù)平均值的電壓，該電壓的值由半導(dǎo)體開關(guān) 131(S2、S3)的導(dǎo)通時間長度控制。半導(dǎo)體開關(guān)131 (SQ與不對稱PWM橋的輸出并聯(lián)連接，形成連接電抗器130和后 級恒定電流觸發(fā)電路2的循環(huán)電路。半導(dǎo)體開關(guān)131 (S5)操作為在半導(dǎo)體開關(guān)131(S1、S4) 對的關(guān)斷期間和半導(dǎo)體開關(guān)131 (S2、S3)對的關(guān)斷期間被導(dǎo)通。這使得即使在半導(dǎo)體開關(guān) 131 (Si、S4)對的關(guān)斷期間和半導(dǎo)體開關(guān)131 (S2、S3)對的關(guān)斷期間，恒定直流電流也能不 中斷地提供到恒定電流觸發(fā)電路2。設(shè)置在直流恒定控制單元1中的恒定電流電源控制單元135用于控制上述的半導(dǎo) 體開關(guān)(S1、S2、S3、S4、S5)。恒定電流電源控制單元35接收輸出電流、負(fù)載電動勢等的控 制信號，輸出操作信號以驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)131 (從Sl到S5)，使得直流恒定電流電源單元1 的輸出電流，即輸出到恒定電流觸發(fā)電路2的電流，處于恒定的方向上并是恒定電流(恒定 直流電流)，其具有由電流設(shè)定指令設(shè)定的幅值，而不考慮負(fù)載電動勢的極性和幅值。圖10是示出了半導(dǎo)體開關(guān)131(S 1至S5)的操作以及半導(dǎo)體開關(guān)在四種情況下 操作時的輸出電壓的圖表，其中所述四種情況是正極性的高和低幅值，負(fù)極性的高和低幅 值。當(dāng)負(fù)載電動勢為正且高時，選擇半導(dǎo)體開關(guān)131(S1、S4)對，導(dǎo)通時間增加。這樣，具有 高的正平均值的電壓在直流端子X、Y之間輸出。當(dāng)負(fù)載電動勢為正且低時，選擇半導(dǎo)體開 關(guān)131(S1、S4)對，導(dǎo)通時間減少。這樣，具有低的正平均值的電壓在直流端子X、Y之間輸 出。另一方面，當(dāng)負(fù)載電動勢為負(fù)且絕對值為高時，選擇半導(dǎo)體開關(guān)131 (S2、S3)對，導(dǎo)通時間增加。這樣，具有負(fù)的高平均絕對值的電壓在直流端子X、Y之間輸出。當(dāng)負(fù)載電動勢為 負(fù)且低時，選擇半導(dǎo)體開關(guān)131 (S1、S4)對，導(dǎo)通時間減少。這樣，具有負(fù)的且絕對值為低的 平均值的電壓在直流端子X、Y之間輸出。圖11示出了直流恒定電流電源單元1的操作，其對應(yīng)于恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī) 3的一系列操作(啟動加速、恒速旋轉(zhuǎn)、再生制動和停止)。當(dāng)操作如圖11 (a)所示的恒定 電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3時，與如圖11(b)所示以恒速旋轉(zhuǎn)時相比，當(dāng)驅(qū)動和制動恒定電流觸 發(fā)型磁阻電機(jī)3時直流恒定電流電源單元1需要將更高的電流提供到恒定電流觸發(fā)電路2。直流恒定電流電源單元1的負(fù)載電動勢從直流端子X看，在驅(qū)動模式時為正，在制 動模式時為負(fù)，并具有基本上與恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速成比例的幅值。 如圖11(c)中虛線所示，直流恒定電流電源單元1輸出正或負(fù)的負(fù)載電動勢和由于負(fù)載電 路的電阻產(chǎn)生的壓降(電阻壓降)的電壓和，使得能夠?qū)⒑愣ㄖ绷麟娏魈峁┑胶愣娏饔| 發(fā)電路2。這使得當(dāng)對恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3制動時能夠進(jìn)行再生制動直到停止，從而 不需要使用機(jī)械制動。恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3在負(fù)載側(cè)的負(fù)載電動勢在制動模式下是負(fù)的。在這種 情況下，直流恒定電流電源單元1允許半導(dǎo)體開關(guān)131 (S2.S3)對操作，使得輸出電壓為負(fù)， 并允許再生電流從負(fù)載側(cè)流過直流電源129的正端子。這種現(xiàn)象的行為像是對電池充電。 直流電源129具有充電功能以對再生電力充電。另一方面，如果直流電源129比如是燃料 電池并且不具有充電功能，則有必要與直流電源129并聯(lián)地連接超級電容器，以恢復(fù)能量。 此外，即使直流電源1 具有像鋰離子電池的充電功能，但是對于當(dāng)再生電力在幾十秒內(nèi) 突然變化時不能進(jìn)行合適的充電的情況，與直流電源1 并聯(lián)地連接超級電容器也是需要 的。因此，在恒定電流類型的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中，恒定電流觸發(fā)電路2執(zhí) 行所謂的觸發(fā)操作，使得當(dāng)半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2中的一個導(dǎo)通時，另一個關(guān)斷，由此來 自直流恒定電流電源單元1的恒定直流電流交替地提供到恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中的 A相線圈17a和B相線圈17b，從而允許矩形波電流在其中流動。此外，通過定子磁極16_1 至16-4的吸引力而在轉(zhuǎn)子11中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩理論上最大，制動時切換半導(dǎo)體開關(guān)20-1和 20-2的定時從驅(qū)動時的輸出定時錯開一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子11轉(zhuǎn)動對應(yīng)于電氣角180° 的角度，從而實(shí)現(xiàn)高效的電力再生。注意到在上述的實(shí)施方式中，恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3具有兩相四極結(jié)構(gòu)，其 中轉(zhuǎn)子11具有兩個轉(zhuǎn)子凸極12-1和12-2，而定子41具有四個定子磁極16_1、16_2、16_3 和16-4。然而，磁阻電機(jī)3也可以具有2相η極結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)子具有η個轉(zhuǎn)子凸極(η為整 數(shù))，而定子具有2η個定子磁極。圖12是垂直于兩相八極恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的軸的截面圖。在圖12所示 的恒定電流觸發(fā)型磁阻電極3-1中，轉(zhuǎn)子10包括轉(zhuǎn)子鐵芯11和四個轉(zhuǎn)子凸極12-1、12-2、 12-3和12-4。四個轉(zhuǎn)子凸極12-1至12-4在轉(zhuǎn)子鐵芯11的外周被等間隔設(shè)置(這里間隔 為 90° )。環(huán)繞上述轉(zhuǎn)子10的外周設(shè)置的環(huán)形定子14包括磁軛15和八個定子磁極16-1、 16-2、16-3、16-4、16-5、16-6、16-7 和 16-8 八個定子磁極 16-1 至 16-8 在磁軛 15 的內(nèi)周 等間隔設(shè)置(這里間隔是45° )，與轉(zhuǎn)子凸極12-1至12-4之間存在空隙。
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勵磁線圈17-1至17-8被纏繞使得勵磁線圈17_1、勵磁線圈17_2、勵磁線圈17_3、 勵磁線圈17-4、勵磁線圈17-5、勵磁線圈17-6、勵磁線圈17-7以及勵磁線圈17_8被分別纏 繞在定子磁極16-1、定子磁極16-2、定子磁極16-3、定子磁極16_4、定子磁極16_5、定子磁 極16-6、定子磁極16-7以及定子磁極16-8上。其中，勵磁線圈17_1、17_3、17_5、17_7被纏 繞并串聯(lián)連接，形成A相線圈，以使磁通量從定子磁極16-1流向定子磁極16-3，并使磁通量 從定子磁極16-5流向定子磁極16-7。類似地，勵磁線圈17-2、17-4、17-6、17-8被纏繞并串 聯(lián)連接，形成B相線圈，以使磁通量從定子磁極16-2流向定子磁極16-4，并使磁通量從定子 磁極16-6流向定子磁極16-8。當(dāng)兩相八極恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-1被使用時，能夠減少在磁軛15中的電磁 路徑的截面面積，使得其尺寸和重量減小，并且將轉(zhuǎn)矩的脈動頻率改變到更高的范圍。還可以使用具有多個連接的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的電機(jī)單元。圖13是電機(jī) 單元的外觀立體圖，圖14是用于解釋形成電機(jī)單元的各恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)的配置 的圖。如圖13所示，電機(jī)單元包括恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11、3-12、3_13和3_14。 這些恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11、3-12、3-13和3_14分別具有與圖3所示的恒定電流觸 發(fā)型磁阻電機(jī)3相同的結(jié)構(gòu)。恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11、3-12、3_13和3-14具有公共的轉(zhuǎn)軸13，其中各轉(zhuǎn) 子11上的轉(zhuǎn)子凸極12-1和12-2在轉(zhuǎn)軸13旋轉(zhuǎn)方向上的位置相同。另外，恒定電流觸發(fā) 型磁阻電機(jī)3-11、3-12、3-13和3_14被連接為使得各定子14中確定的基準(zhǔn)位置在轉(zhuǎn)軸13 的旋轉(zhuǎn)方向上間隔22. 5°。更具體地，圖14(b)所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-12中定 子14的基準(zhǔn)位置A的位置是從圖14(a)所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11中定子14 的基準(zhǔn)位置A的位置在轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)方向(這里向右旋轉(zhuǎn))上旋轉(zhuǎn)了角度22. 5°的位置。 此外，圖14(c)所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-13中定子14的基準(zhǔn)位置A的位置是從 圖14(b)所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-12中定子14的基準(zhǔn)位置A的位置在轉(zhuǎn)軸13 的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)了角度22. 5°的位置(也是從圖14(a)所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī) 3-11中定子14的基準(zhǔn)位置A的位置在轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)了角度45°的位置)。圖 14(d)所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-14中定子14的基準(zhǔn)位置A的位置是從圖14(c) 所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-13中定子14的基準(zhǔn)位置A的位置在轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)方 向上旋轉(zhuǎn)了角度22. 5°的位置(也是從圖14(a)所示的恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3_11中 定子14的基準(zhǔn)位置A的位置在轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)了角度67. 5°的位置)。圖15是示出了使用圖13和14所示的電機(jī)單元的情況下的恒定電流觸發(fā)電路單 元的結(jié)構(gòu)的圖。恒定電流觸發(fā)電路單元具有輸入端子19-1和連接到直流恒定電流電源單 元1的輸出端子19-2，而恒定電流觸發(fā)電路2-1、2-2、2-3和2_4在輸入端子19_1和輸出端 子19-2之間串聯(lián)連接。恒定電流觸發(fā)電路2-1、2-2、2-3和2_4分別具有如圖4所示的恒 定電流觸發(fā)電路2相同的結(jié)構(gòu)。恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11中的A相線圈17a連接到電流路徑M-I，恒定電流 觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11中的B相線圈17b連接到恒定電流觸發(fā)電路2-1的電流路徑M-2。 恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-12中的A相線圈17a連接到電流路徑24-1，恒定電流觸發(fā)型磁 阻電機(jī)3-12中的B相線圈17b連接到恒定電流觸發(fā)電路2-2的電流路徑對_2。類似地，恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-13中的A相線圈17a連接到電流路徑M_l，恒定電流觸發(fā)型磁 阻電機(jī)3-13中的B相線圈17b連接到恒定電流觸發(fā)電路2-3的電流路徑對_2。恒定電流 觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-14中的A相線圈17a連接到電流路徑M-1，恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī) 3-14中的B相線圈17b連接到恒定電流觸發(fā)電路2-4的電流路徑對_2。恒定電流觸發(fā)控制電路61與圖4B所示的恒定電流觸發(fā)電路60的控制類似地控 制各恒定電流觸發(fā)電路2-1至2-4。更具體地，恒定電流觸發(fā)控制電路61接收指示恒定電 流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11中轉(zhuǎn)子11的角度位置的輸入角度位置信息，并基于該角度位置，向 半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2輸出用于切換恒定電流觸發(fā)電路2-1中半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20_2 的導(dǎo)通和關(guān)斷的操作信號。此外，恒定電流觸發(fā)控制電路61接收指示恒定電流觸發(fā)型磁阻 電機(jī)3-12中轉(zhuǎn)子11的角度位置的輸入角度位置信息，并基于該角度位置，向半導(dǎo)體開關(guān) 20-1和20-2輸出用于切換恒定電流觸發(fā)電路2-2中半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20_2的導(dǎo)通和關(guān) 斷的操作信號。類似地，恒定電流觸發(fā)控制電路61接收指示恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-13 中轉(zhuǎn)子11的角度位置的輸入角度位置信息，并基于該角度位置，向半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2 輸出用于切換恒定電流觸發(fā)電路2-3中半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2的導(dǎo)通和關(guān)斷的操作信 號。同樣類似地，恒定電流觸發(fā)控制電路61接收指示恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-14中轉(zhuǎn) 子11的角度位置的輸入角度位置信息，并基于該角度位置，向半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2輸 出用于切換恒定電流觸發(fā)電路2-4中半導(dǎo)體開關(guān)20-1和20-2的導(dǎo)通和關(guān)斷的操作信號。 此外，當(dāng)接收輸入制動指令時，觸發(fā)控制電路61將操作信號的輸出定時從驅(qū)動時的輸出定 時錯開一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子11旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180°的角度。因此，通過分別允許矩形波電流交替地在恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11至3-14 中的A相線圈17a和B相線圈17b中流動，在恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn) 矩產(chǎn)生的原理與圖5至8所解釋的原理相同。通過允許恒定電流觸發(fā)型磁阻電機(jī)3-11、3-12、3_13和3_14具有公共的轉(zhuǎn)軸13， 其中相應(yīng)轉(zhuǎn)子11上的轉(zhuǎn)子凸極12-1和12-2在轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)方向上的位置相同，并通過 允許在相應(yīng)定子14中確定的基準(zhǔn)位置在轉(zhuǎn)軸13的旋轉(zhuǎn)方向上間隔22. 5°，并進(jìn)一步通過 允許恒定電流觸發(fā)電路單元中的恒定電流觸發(fā)電路2-1、2-2、2-3和2-4分別執(zhí)行上述半導(dǎo) 體開關(guān)20-1和20-2的切換，能夠在切換電流路徑為導(dǎo)通時消除轉(zhuǎn)矩零點(diǎn)，減少轉(zhuǎn)矩脈動， 并減少勵磁線圈的相對電抗，減少過電壓。除了圖9以外的其它多種結(jié)構(gòu)都可以被考慮作為直流恒定電流電源單元1的結(jié) 構(gòu)。圖16是示出了直流恒定電流電源單元1的另一個結(jié)構(gòu)的圖。圖16所示的直流恒定電 流電源單元1具有直流電源139，電抗器140，充電/放電開關(guān)設(shè)備146和恒定電流斬波器 147。這些元件中，充電/放電開關(guān)設(shè)備146包括4個半導(dǎo)體開關(guān)41 (S11、S12、S13和S14)。 恒定電流斬波器147包括兩個半導(dǎo)體開關(guān)141 (S15和S16)。半導(dǎo)體開關(guān)141 (Sll至S14) 以與圖9所示的半導(dǎo)體開關(guān)131 (Si至S4)相同的方式工作，半導(dǎo)體開關(guān)141 (S16)以與圖 9所示的半導(dǎo)體開關(guān)131 (SO相同的方式工作。另一方面，設(shè)置在直流恒定電流控制單元1 中的恒定電流電源控制單元145通過操作信號控制上述的半導(dǎo)體開關(guān)131 (Si至S6)。充電/放電開關(guān)設(shè)備146從恒定電流電源控制單元145接收操作信號，來導(dǎo)通兩 個半導(dǎo)體開關(guān)141 (Si、S4)的對或兩個半導(dǎo)體開關(guān)141 (S2、S3)的對中的任意一對，由此切 換直流電源39的極性。
恒定電流斬波器147中的半導(dǎo)體開關(guān)141 (S15)從恒定電流電源控制單元145接 收操作信號，以執(zhí)行高速導(dǎo)通/關(guān)斷切換。導(dǎo)通時間長度被控制以輸出預(yù)定的恒定直流電流。恒定電流斬波器147中的半導(dǎo)體開關(guān)141 (S16)從恒定電流電源控制單元145接 收操作信號，以在半導(dǎo)體開關(guān)141 (S15)的關(guān)斷期間被導(dǎo)通，并且形成連接電抗器140和后 級恒定電流觸發(fā)電路2的循環(huán)電路。工業(yè)適用性如前文所述，根據(jù)本發(fā)明的再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)能夠提高能量回收效率， 并且作為再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)非常有用。
權(quán)利要求
1.一種再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，該再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括 電源單元，其包括直流電源和連接到所述直流電源的電壓控制裝置；觸發(fā)電路，其具有連接到所述電源單元的輸入端子和輸出端子，所述觸發(fā)電路使第一 電流路徑和第二電流路徑交替導(dǎo)通；以及具有兩相結(jié)構(gòu)的電機(jī)，該電機(jī)包括鐵制轉(zhuǎn)子，所述鐵制轉(zhuǎn)子具有在具有轉(zhuǎn)軸的圓柱結(jié) 構(gòu)體的外周上以等間隔設(shè)置的2η個凸部，其中η為整數(shù)，所述電機(jī)還包括鐵制定子，所述鐵 制定子具有與所述凸部隔著空隙而環(huán)狀地等間隔設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的外周的如個磁極，并 且所述電機(jī)還包括每隔一個磁極而纏繞在所述磁極上的第一線圈以及在沒有纏繞所述第 一線圈的磁極上纏繞的第二線圈，其中所述第一線圈連接到所述第一電流路徑，所述第二 線圈連接到所述第二電流路徑，其中所述電壓控制裝置從所述直流電源接收輸入電流，并且控制輸出電壓，以使得輸 出到所述觸發(fā)電路的輸出電流與負(fù)載電動勢的極性和大小無關(guān)而成為方向固定且大小為 所指示的值的直流電流，并且其中所述觸發(fā)電路在使得直流電流從所述輸入端子流到所述輸出端子的同時，基于所 述轉(zhuǎn)子的角度位置使所述第一電流路徑和第二電流路徑交替地導(dǎo)通，以使得具有180°的 電氣角寬度的矩形波電流交替地在所述第一線圈和第二線圈中流動，并且在驅(qū)動所述電機(jī) 時與制動所述電機(jī)時，所述觸發(fā)電路使交替地導(dǎo)通所述第一電流路徑和第二電流路徑的定 時錯開所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與180°電氣角相應(yīng)的角度的時間，并且其中當(dāng)驅(qū)動所述電機(jī)時，所述電壓控制裝置輸入來自所述直流電源的正端子的電流， 將所述直流電流輸出到所述觸發(fā)電路，并且輸入來自所述觸發(fā)電路的所述直流電流，輸出 到所述直流電源的負(fù)端子而對所述直流電源進(jìn)行放電，當(dāng)對所述電機(jī)進(jìn)行制動時，所述電 壓控制裝置輸入來自所述直流電源的負(fù)端子的電流，并將直流電流輸出到所述觸發(fā)電路， 并且輸入從所述電機(jī)經(jīng)由所述觸發(fā)電路再生的所述直流電流，輸出到所述直流電源的正端 子而對所述直流電源進(jìn)行充電。
2.一種再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，該再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)包括 電源單元，其包括直流電源和連接到所述直流電源的電壓控制裝置；m個觸發(fā)電路，其具有連接到所述電源單元的輸入端子和輸出端子，并使第一電流路徑 和第二電流路徑交替導(dǎo)通，其中m為整數(shù)；以及m個具有兩相結(jié)構(gòu)的電機(jī)，所述電機(jī)包括鐵制轉(zhuǎn)子，所述鐵制轉(zhuǎn)子具有在具有轉(zhuǎn)軸的圓 柱結(jié)構(gòu)體的外周上以等間隔設(shè)置的2η個凸部，其中η為整數(shù)，所述電機(jī)還包括鐵制定子， 所述鐵制定子具有與所述凸部隔著空隙而環(huán)狀地等間隔設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子的外周的如個磁 極，并且所述電機(jī)還包括在每隔一個磁極而纏繞在所述磁極上的第一線圈以及在沒有纏繞 所述第一線圈的磁極上纏繞的第二線圈，其中所述第一線圈連接到所述m個觸發(fā)電路中的 對應(yīng)的觸發(fā)電路的所述第一電流路徑，所述第二線圈連接到所述m個觸發(fā)電路中的對應(yīng)的 觸發(fā)電路的第二電流路徑，其中m個電機(jī)具有公共的轉(zhuǎn)軸，其中各轉(zhuǎn)子上的凸部在所述轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上的位置 是相同的，而各定子中的基準(zhǔn)位置在所述轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向上相隔90° /m，其中所述電壓控制裝置從所述直流電源接收輸入電流，并且控制輸出電壓，以使得輸 出到所述觸發(fā)電路的輸出電流與負(fù)載電動勢的極性和大小無關(guān)而成為方向固定且大小為所指示的值的直流電流，其中所述m個觸發(fā)電路在使得所述直流電流從所述輸入端子流到所述輸出端子的同 時，基于相應(yīng)的所述電機(jī)的所述轉(zhuǎn)子的角度位置使所述第一電流路徑和第二電流路徑交替 導(dǎo)通，以使得具有180°的電氣角寬度的矩形波電流交替地在所述第一線圈和第二線圈中 流動，并且在驅(qū)動所述電機(jī)時與制動所述電機(jī)時，所述m個觸發(fā)電路使交替地導(dǎo)通所述第 一電流路徑和第二電流路徑的定時錯開所述轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與180°電氣角相應(yīng)的角度的時間， 并且其中當(dāng)驅(qū)動所述電機(jī)時，所述電壓控制裝置輸入來自所述直流電源的正端子的電流， 將所述直流電流輸出到所述觸發(fā)電路，并且輸入來自所述觸發(fā)電路的所述直流電流，輸出 到所述直流電源的負(fù)端子而對所述直流電源進(jìn)行放電，當(dāng)對所述電機(jī)進(jìn)行制動時，所述電 壓控制裝置輸入來自所述直流電源的負(fù)端子的電流，將所述直流電流輸出到所述觸發(fā)電 路，并且輸入從所述電機(jī)經(jīng)由所述觸發(fā)電路再生的所述直流電流，輸出到所述直流電源的 正端子而對所述直流電源進(jìn)行充電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種再生開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其能夠允許電機(jī)具有減少的尺寸和重量，提高的效率和再生制動時的提高的能量回收效率，而不采用釹磁石?；陔姍C(jī)中轉(zhuǎn)子的角度位置，恒定電流觸發(fā)電路2使兩個電流路徑交替導(dǎo)通，以允許具有180°的電氣角的寬度的矩形波電流交替地在電機(jī)3中的兩個線圈中流動，并在驅(qū)動電機(jī)3和制動電機(jī)3的時間之間將使兩個電流路徑交替導(dǎo)通的定時錯開一時間，在該時間內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了對應(yīng)于電氣角180°的角度。當(dāng)驅(qū)動電機(jī)時，直流恒定電流電源單元1對直流電源進(jìn)行放電，當(dāng)制動電機(jī)時，其通過直流電源的負(fù)端子接收輸入電流，并將直流電流輸出到恒定電流觸發(fā)電路2，并進(jìn)一步將從電機(jī)3通過恒定電流觸發(fā)電路2再生的直流電流輸出到其正端子，由此對直流電源進(jìn)行充電。
文檔編號H02P25/08GK102113201SQ200880129738
公開日2011年6月29日 申請日期2008年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月10日
發(fā)明者梅森肅, 田仲允 申請人:梅森肅, 田仲允