磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路及磁阻電機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及不使用永久磁體及電刷的磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、以及磁阻電機(jī)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年，磁體原料的稀土類的價(jià)格處于上升趨勢(shì)中，對(duì)不使用永久磁體的SR(Switched Reluctance:開關(guān)磁阻)電機(jī)的關(guān)注度正在増加。SR電機(jī)是不使用永久磁體、僅以磁阻轉(zhuǎn)矩(即電磁體的吸引力)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的電機(jī)。SR電機(jī)目前已在吸塵器、油壓栗、電鉆等中實(shí)用化了。
[0003]SR電機(jī)與更加廣泛普及的磁體電機(jī)相比，具有不使用永久磁體所帶來的成本降低的優(yōu)點(diǎn)。并且由于不使用永久磁體，故堅(jiān)固性及耐熱性較高。此外，還具有不會(huì)發(fā)生無(wú)勵(lì)磁時(shí)的帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)損耗(連機(jī)回?fù)p失)及齒槽效應(yīng)(cogging)的優(yōu)點(diǎn)。但是，SR電機(jī)存在與磁體電機(jī)相比轉(zhuǎn)矩密度較低這樣的技術(shù)問題。
[0004]SR電機(jī)與磁體電機(jī)相比一般具有高電感。因此，在SR電機(jī)中，從關(guān)斷對(duì)線圈的通電而開始消磁起至電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的感應(yīng)電流變?yōu)榱銥橹剐枰^長(zhǎng)的消失時(shí)間，并且開始通電后的上升也較花費(fèi)時(shí)間。即，電流追蹤性較差。
[0005]因此，為不進(jìn)入負(fù)轉(zhuǎn)矩區(qū)域，一般是進(jìn)行在考慮了電流消失時(shí)間的較早定時(shí)(timing)就停止對(duì)線圈的通電的控制。然而，若在較早的定時(shí)停止通電，則無(wú)法充分發(fā)揮電機(jī)的潛能轉(zhuǎn)矩。
[0006]此外，為加快電流消失時(shí)間，已提出有用升壓電路使線圈消磁時(shí)施加的反向電壓升壓的方法(參照專利文獻(xiàn)I)。然而，驅(qū)動(dòng)電路的電路規(guī)模及成本會(huì)増大。
[0007][在先技術(shù)文獻(xiàn)]
[0008][專利文獻(xiàn)]
[0009][專利文獻(xiàn)I]日本特開2004-208441號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]〔發(fā)明所要解決的技術(shù)問題〕
[0011]本發(fā)明是鑒于這樣的狀況而研發(fā)的，其目的在于提供一種既抑制電路規(guī)模的増大，又改善磁阻電機(jī)的輸出特性的技術(shù)。
[0012]〔用于解決技術(shù)問題的手段〕
[0013]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一個(gè)方案的磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路是一種包括具有多個(gè)突極的定子和具有多個(gè)突極的轉(zhuǎn)子的磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，包括:用于向定子或轉(zhuǎn)子的突極上纏繞的線圈的至少一部分流過勵(lì)磁用的電流的第I路徑；以及用于向線圈的與所述至少一部分不一致的不同的一部分流過消磁用的電流的第2路徑?？梢允蔷€圈被纏繞于定子的突極的構(gòu)成，也可以是被纏繞于轉(zhuǎn)子的突極的構(gòu)成。勵(lì)磁用的電流可以流過線圈的全部。
[0014]根據(jù)該方案，能在線圈消磁時(shí)以較少的匝數(shù)使感應(yīng)電流釋放，能縮短至電流消失的期間。因此，能確保較長(zhǎng)的勵(lì)磁時(shí)間，能改善輸出特性。
[0015]可以還包括:第I開關(guān)元件，被設(shè)置在線圈的第I端與連接于電源的正極側(cè)的高側(cè)基準(zhǔn)線之間；電流控制元件，被設(shè)置在線圈的第2端與高側(cè)基準(zhǔn)線之間，用于使得從線圈向高側(cè)基準(zhǔn)線流過電流；以及第2開關(guān)元件，被設(shè)置在線圈的中途的連接點(diǎn)與連接于電源的負(fù)極側(cè)的低側(cè)基準(zhǔn)線之間。由此，能用3個(gè)元件實(shí)現(xiàn)發(fā)揮上述作用的驅(qū)動(dòng)電路。
[0016]可以具有在對(duì)所述線圈勵(lì)磁時(shí)，所述第I開關(guān)元件及所述第2開關(guān)元件導(dǎo)通的模式，和所述第I開關(guān)元件導(dǎo)通且所述第2開關(guān)元件交替反復(fù)導(dǎo)通/截止的模式。由此，能實(shí)現(xiàn)可通過改變導(dǎo)通/截止的占空比來改變輸出特性的驅(qū)動(dòng)電路。
[0017]可以還包括:第I開關(guān)元件，被設(shè)置在線圈的第I端與連接于電源的正極側(cè)的高側(cè)基準(zhǔn)線之間；第2開關(guān)元件，被設(shè)置在線圈的第2端與連接于電源的負(fù)極側(cè)的低側(cè)基準(zhǔn)線之間；第I電流控制元件，用于使得從低側(cè)基準(zhǔn)線向線圈的中途的第I連接點(diǎn)流過電流；以及第2電流控制元件，用于使得從位于比線圈的第I連接點(diǎn)更靠第2端的第2連接點(diǎn)向高側(cè)基準(zhǔn)線流過電流。由此，能用4個(gè)元件實(shí)現(xiàn)發(fā)揮上述作用的驅(qū)動(dòng)電路。
[0018]第I電流控制元件可以是陽(yáng)極端子連接于低側(cè)基準(zhǔn)線，陰極端子連接于線圈的連接點(diǎn)的第I二極管。第2電流控制元件可以是陽(yáng)極端子連接于線圈的連接點(diǎn)，陰極端子連接于高側(cè)基準(zhǔn)線的第2 二極管。通過使用二極管，與使用能動(dòng)元件時(shí)相比能抑制成本。
[0019]第I電流控制元件可以是并聯(lián)地形成或連接有二極管的第3開關(guān)元件。第2電流控制元件可以是陽(yáng)極端子連接于線圈的連接點(diǎn)，陰極端子連接于高側(cè)基準(zhǔn)線的第2二極管。通過使用第3開關(guān)元件作為第I電流控制元件，能在線圈的一部分中流過勵(lì)磁用的電流。
[0020]可以具有在對(duì)線圈勵(lì)磁時(shí)所使用的匝數(shù)不同的2個(gè)模式。通過在勵(lì)磁時(shí)使第3開關(guān)元件導(dǎo)通，能選擇電流上升快的模式。
[0021]第I開關(guān)元件、第2開關(guān)元件、第I電流控制元件及第2電流控制元件可以是針對(duì)定子的各相分別設(shè)置的。線圈的勵(lì)磁期間非重復(fù)的多個(gè)相的第I開關(guān)元件或第2開關(guān)元件可以被共用。由此，能削減開關(guān)元件的數(shù)量。
[0022]本發(fā)明的另一方案也是一種磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路。該驅(qū)動(dòng)電路是包括具有多個(gè)突極的定子和具有多個(gè)突極的轉(zhuǎn)子的磁阻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，包括:第I路徑，在定子或轉(zhuǎn)子的突極上所纏繞的線圈中，流過從連接于電源的正極側(cè)的高側(cè)基準(zhǔn)線經(jīng)由線圈的至少一部分而朝向連接于電源的負(fù)極側(cè)的低側(cè)基準(zhǔn)線的電流;第2路徑，流過從低側(cè)基準(zhǔn)線經(jīng)由與線圈的所述至少一部分不一致的不同的一部分而朝向高側(cè)基準(zhǔn)線的電流；以及切換裝置，切換第I路徑和第2路徑的連接。第2路徑的電感在第I路徑的電感以下;在第I路徑和第2路徑中，在線圈內(nèi)流動(dòng)的電流的朝向是相同的。
[0023]根據(jù)該方案，能減小消磁路徑的電感，能縮短至電流消失的時(shí)間。因此，能確保較長(zhǎng)的勵(lì)磁時(shí)間，能改善輸出特性。
[0024]本發(fā)明的另一方案是一種磁阻電機(jī)系統(tǒng)，其具備:包括具有多個(gè)突極的定子和具有多個(gè)突極的轉(zhuǎn)子的磁阻電機(jī);以及驅(qū)動(dòng)磁阻電機(jī)的上述驅(qū)動(dòng)電路。
[0025]根據(jù)該方案，能構(gòu)筑既抑制驅(qū)動(dòng)電路規(guī)模的増大，又改善了輸出特性的磁阻電機(jī)系統(tǒng)。
[0026]需要說明的是，將以上構(gòu)成要素的任意組合、本發(fā)明的表現(xiàn)形式在電路、裝置、系統(tǒng)等間變換后的方式，作為本發(fā)明的方案也是有效的。
[0027]〔發(fā)明效果〕
[0028]通過本發(fā)明，能既抑制電路規(guī)模的増大，又改善磁阻電機(jī)的輸出特性。
【附圖說明】
[0029]圖1的(a)、圖1的(b)是表示比較例的SR電機(jī)的構(gòu)成的圖。
[0030]圖2是表示驅(qū)動(dòng)圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機(jī)的比較例I的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0031]圖3是表示圖2的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0032]圖4是表示驅(qū)動(dòng)圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機(jī)的比較例2的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0033]圖5是表示圖4的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0034]圖6的(a)、圖6的(b)是表示本發(fā)明實(shí)施方式的SR電機(jī)的構(gòu)成的圖。
[0035]圖7是表示驅(qū)動(dòng)圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例1的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0036]圖8是表示圖7的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0037 ]圖9是表示驅(qū)動(dòng)圖6的(a )、圖6的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例2的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0038]圖10是表示圖9的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0039]圖11是表示驅(qū)動(dòng)圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例3的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0040]圖12是表示圖11的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0041]圖13的(a)、圖13的(b)是對(duì)比較例的線圈電流和本實(shí)施方式的線圈電流的變化進(jìn)行比較的圖。
[0042 ]圖14是表示圖7所示的驅(qū)動(dòng)電路的變形例I的圖。
[0043]圖15是表示圖7所示的驅(qū)動(dòng)電路的變形例2的圖。
[0044]圖16是表示驅(qū)動(dòng)圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機(jī)的比較例3的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0045]圖17是表示圖16的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0046]圖18是用于說明圖16的驅(qū)動(dòng)電路的技術(shù)問題的圖。
[0047]圖19是表示驅(qū)動(dòng)圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例4的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0048]圖20是表示圖19的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0049]圖21是表示驅(qū)動(dòng)圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例5的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0050]圖22是表示圖21的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0051 ]圖23是表示驅(qū)動(dòng)圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例6的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0052]圖24是表示圖23的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0053]圖25是表示驅(qū)動(dòng)圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例7的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0054]圖26是表示圖25的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0055]圖27是表示驅(qū)動(dòng)圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機(jī)的實(shí)施例8的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0056]圖28是表示圖27的驅(qū)動(dòng)電路的動(dòng)作定時(shí)的圖。
[0057]圖29是表示變形例2的變形例的驅(qū)動(dòng)電路的電路構(gòu)成的圖。
[0058]圖30的(a)- (c)是對(duì)圖2、圖15、圖29所示的驅(qū)動(dòng)電路的輸出特性進(jìn)行比較的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0059]以下將參照【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式。在附圖的說明中，對(duì)相同的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，并適當(dāng)省略重復(fù)的說明。另外，以下所述的構(gòu)成只是例示，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行某種限定。
[0060]圖1的(a)、圖1的(b)是表示比較例的SR電機(jī)100的構(gòu)成的圖。SR電機(jī)100是由等間隔地具備多個(gè)突極的定子10和等間隔地具備多個(gè)突極的轉(zhuǎn)子20組合構(gòu)成的。圖1的(a)和圖1的(b)中示出了由8極的定子10和6極的轉(zhuǎn)子20構(gòu)成的SR電機(jī)100的例子。定子10的各突極(例如由鐵芯形成)上纏繞有線圈。在該例中，相對(duì)的錯(cuò)開180度的2個(gè)突極上纏繞有I個(gè)線圈，被進(jìn)行4相驅(qū)動(dòng)。圖1的(b)表示了Q相線圈Lq、R相線圈Lr、S相線圈Ls及T相線圈Lt的纏繞方式的一例，圖1的(a)表示了各突極上所纏繞的Q相線圈Lq、R相線圈Lr、S相線圈Ls及T相線圈Lt的剖面。
[0061]需要說明的是，SR電機(jī)100并不限于以8極的定子10和6極的轉(zhuǎn)子20進(jìn)行4相驅(qū)動(dòng)的類型，還有以6極的定子10和4極的轉(zhuǎn)子20進(jìn)行3相驅(qū)動(dòng)的類型、以4極的定子10和2極的轉(zhuǎn)子20進(jìn)行2相驅(qū)動(dòng)的類型等各種各樣的類型。此外，也可以是在轉(zhuǎn)子的突極上具備線圈的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，需要具備用于給線圈供電的電刷、集電環(huán)等。
[0062]轉(zhuǎn)子20由電磁鋼板等軟磁性的素材構(gòu)成。通常，轉(zhuǎn)子20的極數(shù)被設(shè)計(jì)得與定子1的極數(shù)不一致。由此，能規(guī)避所有極都一致所引起的無(wú)旋轉(zhuǎn)力狀態(tài)。在SR電機(jī)100中，基于對(duì)定子10的突極上所纏繞的線圈通電而產(chǎn)生的磁阻轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子20的突極被吸引，轉(zhuǎn)子20旋轉(zhuǎn)。[0063 ]圖2是表示驅(qū)動(dòng)圖1的(a )、圖1的(b)的SR電機(jī)100的比較例I的驅(qū)動(dòng)電路200的電路構(gòu)成的圖。SR電機(jī)100的驅(qū)動(dòng)電路200具有橋電路部210及柵極控制電路220。需要說明的是，在本說明書中，將SR電機(jī)100與驅(qū)動(dòng)電路200的組合稱作電機(jī)系統(tǒng)。
[0064]在橋電路部210中，在直流電源El的正極側(cè)所連接的高側(cè)基準(zhǔn)線HL(電源電位線)與直流電源El的負(fù)極側(cè)所連接的低側(cè)基準(zhǔn)線LL(地線)之間，配置SR電機(jī)100的Q相線圈Lq、R相線圈Lr、S相線圈Ls及T相線圈Lt。
[0065]在Q相線圈Lq的第I端(上端)與高側(cè)基準(zhǔn)線HL之間，設(shè)置Q相第I開關(guān)元件Mql。在Q相線圈Lq的第2端(下端)與低側(cè)基準(zhǔn)線LL之間，設(shè)置Q相第2開關(guān)元件Mq2。在比較例I中，作為Q相第I開關(guān)元件Mql和Q相第2開關(guān)元件