JPH09322585A - Power generator and vacuum cleaner using it - Google Patents

Power generator and vacuum cleaner using it

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Publication number
JPH09322585A
JPH09322585A JP8129511A JP12951196A JPH09322585A JP H09322585 A JPH09322585 A JP H09322585A JP 8129511 A JP8129511 A JP 8129511A JP 12951196 A JP12951196 A JP 12951196A JP H09322585 A JPH09322585 A JP H09322585A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
circuit
control circuit
current
winding
Prior art date
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Pending
Application number
JP8129511A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Asada
和彦 麻田
Hidekazu Yamashita
秀和 山下
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP8129511A priority Critical patent/JPH09322585A/en
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の構成のブラシレスモータは、3相の巻
線を使用しており、またインバータ回路についても6個
のトランジスタを使用しているものであり、構成が複雑
である 【解決手段】 制御回路65が位置検知手段66の信号
を受けて第1のスイッチング素子71・74と第2のス
イッチング素子72・73のオン時間の比率を調整し、
インバータ回路64が第1の物体60の単相の巻線67
に供給する電流を、正方向と負方向の大きさが等しくな
るように制御して、回路を構成するスイッチング素子を
有効に使用することが出来る動力発生装置としている。
(57) Abstract: A brushless motor having a conventional configuration uses three-phase windings, and an inverter circuit also uses six transistors, which makes the configuration complicated. A control circuit 65 receives a signal from a position detection means 66 and adjusts a ratio of ON times of a first switching element 71/74 and a second switching element 72/73,
The inverter circuit 64 includes the single-phase winding 67 of the first object 60.
The power generation device is capable of effectively using the switching element that constitutes the circuit by controlling the current supplied to the circuit so that the magnitudes in the positive direction and the negative direction are equal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用や産業用に
使用されるモータやリニアモータ等の動力発生装置と、
この動力発生装置を使用する掃除機に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation device such as a motor or a linear motor used for home or industrial use,
The present invention relates to a vacuum cleaner using the power generation device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来使用されている動力発生装置に、図
13に示しているようなブラシレスモータがある。この
ブラシレスモータは、第1の物体1を構成する固定子
と、第1の物体1の内側に回転自在に設けた第2の物体
2を構成する回転子と、磁極の位置を検知する位置検知
手段33と、位置検知手段33の信号によって第2の物
体2の回転を制御する制御回路30と、制御回路30の
信号によって第2の物体2を回転させるインバータ回路
50とを備えている。
2. Description of the Related Art A conventional power generator is a brushless motor as shown in FIG. This brushless motor includes a stator that constitutes a first object 1, a rotor that constitutes a second object 2 that is rotatably provided inside the first object 1, and a position detection that detects the position of a magnetic pole. Means 33, a control circuit 30 for controlling the rotation of the second object 2 by the signal of the position detection means 33, and an inverter circuit 50 for rotating the second object 2 by the signal of the control circuit 30.

【0003】第2の物体2は、磁性体5と、磁性体5の
表面に設けた永久磁石3および永久磁石4と、出力軸6
を有している。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しており、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している。第1の物
体1は、珪素鋼板等を積層して構成した鉄心7と、鉄心
7によって構成したスロットの中に設けた巻線8a・9
a・10a・8b・9b・10bを有している。巻線8
a・8bと、巻線9a・9bと、巻線10a・10bと
はそれぞれ直列に接続しており、3相巻線を構成するよ
うに60゜ずつ離れた位置に配置している。
[0003] The second object 2 includes a magnetic body 5, a permanent magnet 3 and a permanent magnet 4 provided on the surface of the magnetic body 5, and an output shaft 6.
have. The permanent magnet 3 is bonded to the surface of the magnetic body 5 such that the N pole is on the outside, and the permanent magnet 4 is bonded to the surface of the magnetic body 5 so that the S pole is on the outside. The first object 1 includes an iron core 7 formed by laminating silicon steel plates and the like, and windings 8a and 9 provided in a slot formed by the iron core 7.
It has a, 10a, 8b, 9b and 10b. Winding 8
The a.8b, the windings 9a and 9b, and the windings 10a and 10b are connected in series, respectively, and are arranged at positions separated by 60.degree. so as to form a three-phase winding.

【0004】また前記各巻線は、インバータ回路50と
インバータ回路50を制御する制御回路30によって駆
動されている。インバータ回路50は、商用交流電源1
1と、商用交流電源11を整流する全波の整流回路12
と、この出力を波形成形するフィルタ回路40と、フィ
ルタ回路40の出力によって動作する出力回路17を備
えている。整流回路12は、ダイオード13・14・1
5・16をブリッジ接続して構成している。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によって構成しており、整流回路12の出力をリ
プルが少ない、ほぼ完全な直流に波形成形している。出
力回路17は、6個のトランジスタ18〜23と、6個
のダイオード24〜29とを3相インバータに接続した
構成としている。制御回路30は、駆動回路31と論理
回路32とを有しており、前記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。
Each of the windings is driven by an inverter circuit 50 and a control circuit 30 which controls the inverter circuit 50. The inverter circuit 50 is a commercial AC power supply 1
1 and a full-wave rectifier circuit 12 for rectifying the commercial AC power supply 11
And a filter circuit 40 that shapes the waveform of this output, and an output circuit 17 that operates according to the output of the filter circuit 40. The rectifier circuit 12 is composed of diodes 13 ・ 14 ・ 1.
It is configured by connecting 5 and 16 in a bridge. The filter circuit 40 is composed of an electrolytic smoothing capacitor 41 and a choke coil 42, and waveform-shapes the output of the rectifier circuit 12 into a nearly complete direct current with little ripple. The output circuit 17 has a configuration in which six transistors 18 to 23 and six diodes 24 to 29 are connected to a three-phase inverter. The control circuit 30 has a drive circuit 31 and a logic circuit 32, and the base terminals of the respective transistors are all connected to the drive circuit 31.

【0005】位置検知手段33は、第1の物体1と第2
の物体2との間の空隙部に設けたホールIC34・35
・36によって構成しており、第2の物体2が回転運動
する際に、永久磁石3・永久磁石4の位置を検知してい
るものである。
The position detecting means 33 includes a first object 1 and a second object 1.
Hall ICs 34 and 35 provided in the gap between the object 2
36, and detects the positions of the permanent magnets 3 and 4 when the second object 2 rotates.

【0006】以上の構成で、制御回路30が位置検知手
段33の信号を受けて6個のトランジスタ18〜23を
順次駆動し、第2の物体2を回転させるものである。つ
まり、位置検知手段33を構成するホールIC33・3
4・35の3つの信号を論理演算することによって、3
相インバータを構成する6個のトランジスタ18〜23
を駆動するハイ・ローの信号を作成しているものであ
る。駆動回路31はこの信号が、ハイ信号の場合には当
該トランジスタにベース電流を供給してオンさせ、ロウ
信号の場合にはベースに逆バイアスを印加してオフ状態
とするものである。
In the above configuration, the control circuit 30 receives the signal of the position detecting means 33, sequentially drives the six transistors 18 to 23, and rotates the second object 2. That is, the Hall IC 33.3 which constitutes the position detecting means 33.
By logically operating the three signals of 4.35, 3
Six transistors 18 to 23 forming a phase inverter
It is what creates the high and low signals that drive the. The drive circuit 31 supplies a base current to the transistor to turn it on when this signal is a high signal, and applies a reverse bias to the base to turn it off when the signal is a low signal.

【0007】これによって、第1の物体1に設けている
3相に配置した巻線8a・9a・10a・8b・9b・
10bに順次電流が流れるものである。この電流によっ
て鉄心7が磁化され、鉄心7から発生する磁束と、第2
の物体2を構成する永久磁石3または永久磁石4とが作
用してトルクを発生するものである。このトルクは出力
軸6を使用して、外部の負荷に供給することができるも
のである。
As a result, the windings 8a, 9a, 10a, 8b, 9b, arranged in the three phases provided on the first object 1 are arranged.
The current flows sequentially through 10b. This current magnetizes the iron core 7, and the magnetic flux generated from the iron core 7
The permanent magnet 3 or the permanent magnet 4 constituting the object 2 acts to generate torque. This torque can be supplied to an external load using the output shaft 6.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】前記従来の構成のブラ
シレスモータは、3相の巻線を使用しており、またイン
バータ回路についても6個のトランジスタを使用してい
るものであり、構成が複雑であるという課題を有してい
る。
The brushless motor having the above-mentioned conventional structure uses three-phase windings, and the inverter circuit also uses six transistors. Therefore, the structure is complicated. The problem is that

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明はこのような従来
の構成が有している課題を解決するもので、単相の巻線
を有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可
動に設けた永久磁石を有する第2の物体とを備えて、制
御回路によって巻線に供給する電流を正負等量に制御す
る構成の動力発生装置としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the problems of the conventional structure as described above, and it is possible to solve the problems of the first object having a single-phase winding and the first object. A second object having a relatively movably provided permanent magnet is provided, and the power generation device is configured to control the current supplied to the winding by the control circuit to an equal amount of positive and negative.

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】請求項1に記載した発明は、制御
回路が位置検知手段の信号を受けて第1のスイッチング
素子と第2のスイッチング素子のオン時間の比率を調整
し、インバータ回路が第1の物体の単相の巻線に供給す
る電流を、正方向と負方向の大きさが等しくなるように
制御して、回路を構成するスイッチング素子を有効に使
用することが出来る動力発生装置としている。
According to a first aspect of the present invention, a control circuit receives a signal from a position detecting means to adjust a ratio of ON times of a first switching element and a second switching element, and an inverter circuit A power generator capable of controlling the current supplied to the single-phase winding of the first object so that the magnitudes in the positive direction and the negative direction are equal to each other and effectively using the switching elements forming the circuit. I am trying.

【0011】請求項2に記載した発明は、制御回路を構
成するオン期間比率制御回路が、直流分検知回路が検知
する巻線電流の直流成分を零にするように制御する動力
発生装置としている。
According to a second aspect of the present invention, an ON period ratio control circuit constituting the control circuit is a power generator for controlling the DC component of the winding current detected by the DC component detection circuit to be zero. .

【0012】請求項3に記載した発明は、制御回路を構
成するオン期間比率制御回路が第1のスイッチング素子
と第2のスイッチング素子のオン期間の比率を、アンバ
ランス分検知回路が検知するアンバランス分が零になる
方向に制御する動力発生装置としている。
According to a third aspect of the present invention, an unbalance amount detecting circuit detects an on period ratio of the first switching element and the second switching element by the unbalance detecting circuit. The power generator is used to control the balance to zero.

【0013】請求項4に記載した発明は、制御回路は、
第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子
のターンオンの時期を加減することにより、第1の物体
と第2の物体の間に発生する電磁力の極性が逆となる瞬
間が発生しないように制御して、逆方向トルクが発生せ
ず、性能が高く、小形化・低コスト化・軽量化・高効率
化した動力発生装置としている。
According to a fourth aspect of the invention, the control circuit comprises:
By controlling the turn-on timings of the first switching element and the second switching element, control is performed so that the moment when the polarities of the electromagnetic forces generated between the first object and the second object are reversed does not occur. As a result, the reverse direction torque is not generated, the performance is high, and the size, cost, weight and efficiency are improved.

【0014】請求項5に記載した発明は、前記動力発生
装置の出力でファンを駆動する掃除機として、小形・軽
量・低価格で、効率の高い掃除機としているものであ
る。
According to a fifth aspect of the present invention, a vacuum cleaner that drives a fan with the output of the power generator is a compact, lightweight, low-priced, highly efficient vacuum cleaner.

【0015】[0015]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下本発明の第1の実施例について説明す
る。図1は本実施例の動力発生装置の構成を示す説明図
である。第1の物体60は、単相の巻線67を鉄心68
に巻回した構成としている。第2の物体61は、第1の
物体60に対して相対的に可動に設けており永久磁石6
9・70と出力軸59とを有している。64はインバー
タ回路で、1組のスイッチング素子71・74で構成し
た第1のスイッチング素子(以下単に第1のスイッチン
グ素子と称する)と、同様に1組のスイッチング素子7
2・73で構成した第2のスイッチング素子(以下単に
第2のスイッチング素子と称する)を有し、前記巻線6
7に電流を供給している。また65は、ホールICによ
って構成した位置検知手段66の信号を受けてインバー
タ回路64を制御する制御回路である。
(Embodiment 1) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of the power generation device according to the present embodiment. The first object 60 includes a single-phase winding 67 and an iron core 68.
It is configured to be wound around. The second object 61 is provided so as to be movable relative to the first object 60.
9 and 70 and the output shaft 59. Reference numeral 64 denotes an inverter circuit, which includes a first switching element (hereinafter simply referred to as a first switching element) composed of a pair of switching elements 71 and 74, and a pair of switching elements 7 similarly.
And a second switching element (hereinafter, simply referred to as a second switching element) composed of 2 · 73.
Supplying current to 7. Further, reference numeral 65 is a control circuit for controlling the inverter circuit 64 by receiving a signal from the position detecting means 66 constituted by a Hall IC.

【0016】位置検知手段66は、第2の物体61の永
久磁石69・70の磁極の位置を検知しており、N極を
検知しているときはハイ信号を、S極を検知していると
きはロー信号を発生する。
The position detecting means 66 detects the positions of the magnetic poles of the permanent magnets 69 and 70 of the second object 61, and detects the high signal when detecting the N pole and the S pole. Generates a low signal.

【0017】インバータ回路64は、第1のスイッチン
グ素子・第2のスイッチング素子と、各スイッチング素
子に逆並列に接続したシリコン形のダイオード75・7
6・77・78と、直流電源63とを有している。
The inverter circuit 64 includes a first switching element, a second switching element, and a silicon type diode 75.7 connected in anti-parallel to each switching element.
It has 6.77.78 and DC power supply 63.

【0018】制御回路65は位置検知手段66からの信
号を受けて、第1のスイッチング素子・第2のスイッチ
ング素子を駆動する駆動信号a・b・c・dを出力して
いる。各スイッチング素子は、制御回路65からハイの
信号を受けた場合にはターンオンしてオン状態となり、
ローを受けた場合にはターンオフしてオフする。
The control circuit 65 receives the signal from the position detecting means 66 and outputs drive signals a, b, c and d for driving the first switching element and the second switching element. When each switching element receives a high signal from the control circuit 65, it is turned on and turned on,
When it receives a low, it turns off and turns off.

【0019】こうして第1のスイッチング素子・第2の
スイッチング素子は、巻線67に電流を供給する。この
結果、第2の物体61は第1の物体60に対して時計方
向に回転するものである。つまり、時計方向のトルクが
発生するものである。
Thus, the first switching element and the second switching element supply current to the winding 67. As a result, the second object 61 rotates clockwise with respect to the first object 60. That is, a clockwise torque is generated.

【0020】以下本実施例の動作について説明する。図
2は、本実施例の動力発生装置の動作を示す波形図であ
る。図2の(ア)は、制御回路65が第1のスイッチン
グ素子を駆動する駆動信号aとdの波形を、(イ)は、
第2のスイッチング素子を駆動する駆動信号bとcの波
形を、(ウ)は巻線67に流れる電流iMの波形をそれ
ぞれ示している。
The operation of the embodiment will be described below. FIG. 2 is a waveform diagram showing the operation of the power generator of this embodiment. 2A shows the waveforms of the drive signals a and d for the control circuit 65 to drive the first switching element, and FIG.
The waveforms of the drive signals b and c for driving the second switching element are shown, and (c) shows the waveform of the current i M flowing through the winding 67.

【0021】一般にスイッチング素子は、制御回路から
ターンオフ信号を送った場合にこのターンオフ信号から
遅れてターンオフを実行するものである。本実施例にお
いては、図2(ウ)に示しているように、第1のスイッ
チング素子のターンオフ遅れ時間はtd1、第2のスイッ
チング素子のターンオフ遅れ時間はtd2となっている。
このターンオフ遅れ時間は、素子のバラツキによって、
d1>td2の関係となっている。
In general, the switching element executes a turn-off after a delay from the turn-off signal when the turn-off signal is sent from the control circuit. In the present embodiment, as shown in FIG. 2C, the turn-off delay time of the first switching element is t d1 and the turn-off delay time of the second switching element is t d2 .
This turn-off delay time depends on the variation of the element.
The relationship is t d1 > t d2 .

【0022】制御回路65は、第1のスイッチング素子
のオン時間T1と第2のスイッチング素子のオン時間T2
とを、T1<T2となるように制御しているものである。
換言すればT1とT2との比率T1/T2を適切に制御して
いるものである。このため、巻線67に流れる電流iM
は、図2(ウ)に示しているように、正方向と負方向の
大きさが等しくなっているものである。この結果、第1
のスイッチング素子と第2のスイッチング素子に流れる
電流は等しくなって、一方が過大となったりすることが
ないものである。
The control circuit 65 controls the ON time T 1 of the first switching element and the ON time T 2 of the second switching element.
And are controlled so that T 1 <T 2 .
Those of properly controlling the ratio T 1 / T 2 T 1 and T 2 in other words. Therefore, the current i M flowing through the winding 67
2 has the same magnitude in the positive and negative directions, as shown in FIG. As a result, the first
The currents flowing through the switching element and the second switching element become equal to each other, and one of them does not become excessive.

【0023】つまり本実施例によれば、第1のスイッチ
ング素子・第2のスイッチング素子の2組のスイッチン
グ素子の定格を十分に活かして使用でき、一方のスイッ
チング素子に流れる電流が大きくなって損失が増大した
り、破壊したりすることがなく、装置の信頼性を高くで
きるものである。また巻線67に発生する損失や、発生
するトルクリプルも低減できるものである。
In other words, according to this embodiment, the ratings of the two switching elements, that is, the first switching element and the second switching element, can be used fully, and the current flowing through one switching element becomes large, resulting in loss. It is possible to increase the reliability of the device without increasing or destroying it. Further, the loss generated in the winding 67 and the generated torque ripple can be reduced.

【0024】前記制御が適切でない場合の例として、t
d1>td2の条件において、T1=T2=0.5msとして制御
した場合について説明する。この場合には、T1=T2
しているので、td1>td2と成っている分だけ巻線67
に対する正負の電圧の印加時間が異なるものである。こ
の結果巻線67に流れる電流は、図3に示しているとお
り正側が大きく、負側が小さいものとなる。つまり、直
流電流分iDCが生じている。
As an example of the case where the control is not appropriate, t
A case where control is performed with T 1 = T 2 = 0.5 ms under the condition of d1 > t d2 will be described. In this case, since T 1 = T 2 is set, the winding 67 is equal to t d1 > t d2.
The application time of the positive and negative voltages with respect to is different. As a result, the current flowing through the winding 67 is large on the positive side and small on the negative side as shown in FIG. That is, the direct current component i DC is generated.

【0025】このような電流波形で装置を運転した場合
には、第1のスイッチング素子のコレクタ電流が、第2
のスイッチング素子に流れるコレクタ電流よりも非常に
大きくなるものである。このため、第1のスイッチング
素子の損失が大きくなり、破壊につながる可能性もあ
る。ところが第2のスイッチング素子は小さい電流しか
流れないことから、定格に対して大きな余裕が生じ、有
効な活用ができていない状態となる。また巻線電流iM
の正方向と負方向の電流が異なるため、動力発生装置と
してのトルクリプルが大きくなったり、巻線に流れる電
流の実効値が大きくなるため、発熱も大きくなるもので
ある。
When the device is operated with such a current waveform, the collector current of the first switching element is
It is much larger than the collector current flowing through the switching element. Therefore, the loss of the first switching element increases, which may lead to destruction. However, since only a small current flows through the second switching element, there is a large margin with respect to the rating, so that the second switching element cannot be effectively utilized. Also, winding current i M
Since the current in the positive direction and the current in the negative direction are different, the torque ripple as the power generation device becomes large, and the effective value of the current flowing in the winding becomes large, so that the heat generation also becomes large.

【0026】なおここであげた例は、第1のスイッチン
グ素子と第2のスイッチング素子について、それぞれの
遅れ時間に差がある状態を説明したが、遅れ時間が仮に
等しくてもコレクタとエミッタの飽和電圧に差がある場
合や、スイッチング素子の駆動回路に遅れ時間のバラツ
キがある場合などにも同様の現象が生ずる。
In the example given here, the first switching element and the second switching element are explained as having a difference in delay time. However, even if the delay times are equal, saturation of the collector and the emitter is caused. The same phenomenon occurs when there is a difference in voltage or when there is variation in the delay time in the drive circuit of the switching element.

【0027】特に、高効率を必要とする動力発生装置の
場合には、巻線67の損失(銅損)をなるべく小さくす
る目的から、巻線67の直流抵抗成分を極力小さくする
設計が行われる場合が多い。この場合には、前記のよう
なスイッチング素子の間の特性バラツキなどによって、
巻線67にわずかな直流成分が発生しただけでも、i DC
の値は非常に大きなものになり、装置の動作に大きな支
障を与えることがある。
In particular, for a power generator that requires high efficiency.
In this case, the loss (copper loss) of the winding 67 should be minimized.
The DC resistance component of the winding 67 as much as possible for the purpose of
Design is often done. In this case, as above
Due to variations in characteristics between various switching elements,
Even if a slight DC component is generated in the winding 67, i DC
The value of will be very large and will greatly affect the operation of the device.
May cause disability.

【0028】本実施例では、各スイッチング素子の実際
上のオン期間が同じになるように、制御回路65が発生
する信号a・b・c・dを制御するようにしているが、
必ずしも実際上のオン期間が等しくなることは必要では
ない。つまり、前記したようなさまざまな原因によっ
て、巻線電流の正負の値に差が生ずることがあり、場合
によっては、第1のスイッチング素子と第2のスイッチ
ング素子のオン期間に違いを持たせた場合において、初
めて巻線電流の正負の大きさが等しくなることもありう
る。
In this embodiment, the signals a, b, c, d generated by the control circuit 65 are controlled so that the actual ON periods of the respective switching elements are the same.
It is not always necessary that the actual ON periods are equal. That is, the positive and negative values of the winding current may be different due to the various causes as described above, and in some cases, the ON periods of the first switching element and the second switching element are different from each other. In some cases, the positive and negative magnitudes of the winding current may become equal for the first time.

【0029】なお本実施例では、第1の物体60を構成
する鉄心68と第2の物体61との間のギャップ79の
寸法を、一定ではなく傾斜を設けた構成としている。こ
のためいわゆるリラクタンストルクが発生し、インバー
タ64を停止した場合に第2の物体61は図1に示して
いるようにやや傾いた状態で停止するものである。つま
り、鉄心68と第2の物体61との間のギャップ79が
最小となる位置、すなわち最も磁気抵抗が小となる位置
で停止するものである。こうして、第2の物体61がや
や傾いた状態で停止するために、起動トルクが0となる
状態を避けることができ、単相の巻線67を有した構造
でありながら起動が容易に出来るものとなっている。
In this embodiment, the size of the gap 79 between the iron core 68 and the second object 61 forming the first object 60 is not constant but is inclined. Therefore, when a so-called reluctance torque is generated and the inverter 64 is stopped, the second object 61 stops in a slightly tilted state as shown in FIG. That is, it stops at the position where the gap 79 between the iron core 68 and the second object 61 is the minimum, that is, the position where the magnetic resistance is the smallest. In this way, since the second object 61 stops in a slightly tilted state, it is possible to avoid the state where the starting torque becomes 0, and the structure having the single-phase winding 67 facilitates starting. Has become.

【0030】なお本実施例では、第2の物体61を2極
としているが、4極・6極・8極などでもかまわない。
また位置検知手段66としてホールICもしくはホール
素子を用いているが、光学的に回転角を検知するもの
や、超音波を使用するもの、あるいは第1の物体60に
は別段の素子を設けず、各巻線に誘起する電圧を用い
て、第2の物体61の回転角度を検知するものであって
もよい。また、スイッチング素子については、本実施例
ではバイポーラ式のトランジスタを使用しているが、M
OSFETやIGBTなどを使用してもよい。
Although the second object 61 has two poles in this embodiment, it may have four poles, six poles, eight poles, or the like.
Further, although a Hall IC or a Hall element is used as the position detecting means 66, one that optically detects a rotation angle, one that uses ultrasonic waves, or the first object 60 is not provided with a separate element, The rotation angle of the second object 61 may be detected by using the voltage induced in each winding. As for the switching element, a bipolar transistor is used in this embodiment, but M
You may use OSFET, IGBT, etc.

【0031】また本実施例では動力発生装置は、回転運
動を負荷に伝達するようにしているが、必ずしも回転に
限るものではなく、例えばリニアモータのように直線運
動を行うもの、2次元的に動力を発生するものなどであ
っても良い。
Further, in the present embodiment, the power generating device transmits the rotary motion to the load, but the power generator is not necessarily limited to the rotary motion. For example, a linear motor such as a linear motor that performs a linear motion, and two-dimensionally It may be one that generates power.

【0032】また本実施例では、第1の物体60を固定
し、第2の物体61が回転することによって動力を取り
出しているが、逆に第2の物体61を固定し第1の物体
60から動力を取り出すようにしてもよい。さらに、イ
ンバータ回路64・制御回路65等の構成要素について
は、本実施例ではすべて第1の物体61と同様に固定し
ているが、例えばこれらの構成要素の一部またはすべて
を第2の物体61上に設け、電線をひきまわして最終的
に、第1の物体60に設けた巻線に接続するようにして
もよい。この場合必要であれば、ブラシとスリップリン
グ等を使用して電流を供給することもできる。
In the present embodiment, the power is taken out by fixing the first object 60 and rotating the second object 61, but conversely, fixing the second object 61 and fixing the first object 60. You may make it take out power from. Further, in the present embodiment, all the components such as the inverter circuit 64 and the control circuit 65 are fixed in the same manner as the first object 61. However, for example, some or all of these components are arranged in the second object. It may be provided on 61, and the electric wire may be unwound and finally connected to the winding provided on the first object 60. In this case, if necessary, the current can be supplied by using a brush and a slip ring.

【0033】(実施例2)次に本発明の第2の実施例に
ついて説明する。図4に示しているように本実施例で
は、制御回路150は、巻線67に流れる電流の直流成
分を検知する直流分検知回路151と、直流分検知回路
151の出力に接続した、増幅器156およびオン期間
比率制御回路157と、オン期間比率制御回路157の
信号によって第1のスイッチング素子・第2のスイッチ
ング素子を駆動する信号a・b・c・dを作製する駆動
回路158を有している。直流分検知回路151は、2
0mΩの抵抗器によって構成した巻線電流検知回路15
2とローパスフィルタ153とを備えている。ローパス
フィルタ153は、抵抗154とコンデンサ155の設
定を、巻線電流の基本波成分をほぼ完全にカットできる
時定数としている。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 4, in the present embodiment, the control circuit 150 includes a DC component detection circuit 151 that detects a DC component of the current flowing through the winding 67, and an amplifier 156 that is connected to the output of the DC component detection circuit 151. And an ON period ratio control circuit 157, and a drive circuit 158 for producing signals a, b, c, d for driving the first switching element and the second switching element by the signal of the ON period ratio control circuit 157. There is. The DC component detection circuit 151 has 2
Winding current detection circuit 15 composed of 0 mΩ resistor
2 and a low pass filter 153. In the low-pass filter 153, the resistors 154 and the capacitors 155 are set to have a time constant that can almost completely cut the fundamental wave component of the winding current.

【0034】以上の構成で、直流分検知回路151は前
記図3に示しているiDCに相当する直流成分を検知して
いる。この直流分検知回路151の情報は、オン期間比
率制御回路157に帰還されて、オン期間比率制御回路
157はこの直流成分iDCが零に近づく方向にtd1ある
いはtd2を調整する信号pを作製しているものである。
駆動回路158はこの信号pを受けて、インバータ回路
64を構成する第1のスイッチング素子、第2のスイッ
チング素子に対する駆動信号a・b・c・dを出力する
ものである。つまり、インバータ回路64によって巻線
67に流れる電流iMを、直流分検知回路151によっ
て監視し、このiMの直流成分iDCの情報をオン期間比
率制御回路157に帰還して、オン期間比率制御回路1
57から出力する信号pによって、駆動回路158が駆
動信号a・b・c・dを出力するものである。
With the above configuration, the DC component detection circuit 151 detects the DC component corresponding to i DC shown in FIG. The information of the DC component detection circuit 151 is fed back to the ON period ratio control circuit 157, and the ON period ratio control circuit 157 outputs the signal p for adjusting t d1 or t d2 in the direction in which the DC component i DC approaches zero. It is being made.
The drive circuit 158 receives this signal p and outputs drive signals a, b, c, d to the first switching element and the second switching element which form the inverter circuit 64. That is, the current i M flowing through the winding 67 by the inverter circuit 64 is monitored by the DC component detection circuit 151, and the information of the DC component i DC of this i M is fed back to the ON period ratio control circuit 157 to calculate the ON period ratio. Control circuit 1
The drive circuit 158 outputs drive signals a, b, c, d according to the signal p output from 57.

【0035】なお本実施例においては、ローパスフィル
タ153の出力に増幅器156を設け、その利得を直流
に対しては60dB(1000倍)以上とする帰還制御
を実行しているため、定常動作状態における巻線電流の
直流分の値を非常に小さな値に抑えることができるとい
う。また本実施例では、常に巻線67に流れる電流の直
流分を検知し、この直流分が零になるように帰還制御し
ているため、装置の動作中に、負荷変動が生じたり、ス
イッチング素子が温度上昇したりしても、常に安定した
制御が出来るものである。
In this embodiment, the amplifier 156 is provided at the output of the low-pass filter 153, and the feedback control is performed so that the gain is 60 dB (1000 times) or more for direct current. The DC value of the winding current can be suppressed to a very small value. Further, in the present embodiment, the direct current component of the current flowing through the winding 67 is always detected, and the feedback control is performed so that the direct current component becomes zero. Therefore, during the operation of the device, a load fluctuation occurs or a switching element is generated. Even if the temperature rises, stable control can always be performed.

【0036】(実施例3)続いて本発明の第3の実施例
について図5に基づいて説明する。本実施例では、制御
回路160は、入力電流のアンバランス分を検知する入
力電流アンバランス分検知回路161とオン期間の比率
を制御するオン期間比率制御回路162を有しており、
オン期間比率制御回路は、第1のスイッチング素子と第
2のスイッチング素子のオン期間の比率を、入力電流ア
ンバランス分検知回路の出力が零になる方向に制御して
いるものである。すなわち、入力電流アンバランス分検
知回路161とオン期間比率制御回路162とは、駆動
回路158が出力する駆動信号a・b・c・dを帰還制
御する帰還回路を構成しているものである。制御入力電
流アンバランス分検知回路161は、インバータ回路6
4に設けた電流トランスによって構成した電流センサ1
63と、電流センサ163の検知電流から、第1のスイ
ッチング素子に流れる電流と第2のスイッチング素子に
流れる電流の差を検出して、この信号をオン期間比率制
御回路162に出力する電流差検知手段164を有して
いる。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the control circuit 160 has an input current imbalance detection circuit 161 that detects an imbalance of the input current and an ON period ratio control circuit 162 that controls the ON period ratio.
The ON period ratio control circuit controls the ratio of the ON periods of the first switching element and the second switching element so that the output of the input current imbalance detection circuit becomes zero. That is, the input current imbalance detection circuit 161 and the ON period ratio control circuit 162 constitute a feedback circuit that feedback-controls the drive signals a, b, c, and d output by the drive circuit 158. The control input current unbalanced component detection circuit 161 includes the inverter circuit 6
Current sensor 1 composed of the current transformer provided in 4
63 and the current detected by the current sensor 163, the difference between the current flowing in the first switching element and the current flowing in the second switching element is detected, and this signal is output to the ON period ratio control circuit 162. It has means 164.

【0037】以下本実施例の動作について説明する。図
6(ア)は、インバータ回路64に流れる入力電流iIN
の波形図で、入力電流アンバランス分検知回路161
は、第1のスイッチング素子のオン状態から、第1のス
イッチング素子をオフして第2のスイッチング素子をオ
ンするタイミングにおけるiINの値I1と、第2のスイ
ッチング素子をオフして第1のスイッチング素子をオン
するタイミングにおけるiINの値I2を認識し、電流差
検知手段164によって(I1−I2)を演算してオン期
間比率制御回路162にこの信号を出力している。オン
期間比率制御回路162はこの情報を受けて、第1のス
イッチング素子と第2のスイッチング素子のオン時間の
比率(T1/T2)を示す信号pを作成し、駆動回路15
8に出力している。駆動回路158は前記入力電流アン
バランス分検知回路161とオン期間比率制御回路16
2による帰還制御によって、駆動信号a・b・c・dを
入力電流アンバランス分検知回路161が検知するアン
バランス分が零となるように制御しているものである。
図6(ア)は、この帰還制御によってアンバランス分が
零となった状態、つまり(I1−I2=0)となった状態
を示している。
The operation of this embodiment will be described below. FIG. 6A shows the input current i IN flowing through the inverter circuit 64.
Input current unbalance detection circuit 161
Is the value I 1 of i IN at the timing of turning off the first switching element and turning on the second switching element from the on state of the first switching element, and turning off the second switching element to the first The value I 2 of i IN at the timing of turning on the switching element is recognized, the current difference detection means 164 calculates (I 1 −I 2 ) and outputs this signal to the ON period ratio control circuit 162. The on period ratio control circuit 162 receives this information and creates a signal p indicating the ratio (T 1 / T 2 ) of the on times of the first switching element and the second switching element, and the drive circuit 15
It outputs to 8. The drive circuit 158 includes the input current imbalance detection circuit 161 and the ON period ratio control circuit 16
The feedback control by 2 controls the drive signals a, b, c and d so that the unbalanced amount detected by the input current unbalanced amount detection circuit 161 becomes zero.
FIG. 6A shows a state where the unbalance amount becomes zero by this feedback control, that is, a state where (I 1 −I 2 = 0).

【0038】ここで図6(イ)に、通常のオープンルー
プによる制御を行った場合のインバータ回路64に流れ
る入力電流iINの波形を示している。この場合には、I
1とI2との間に大きなアンバランスが見られる。従って
巻線67に流れる電流についても、正負分に差が生ずる
ものである。
Here, FIG. 6A shows the waveform of the input current i IN flowing through the inverter circuit 64 when the control by the normal open loop is performed. In this case, I
There is a large imbalance between 1 and I 2 . Therefore, the current flowing through the winding 67 also has a difference in positive and negative components.

【0039】以上のように本実施例によれば、実施例2
で使用した複雑な構成の直流分検知回路151を使用せ
ず、簡単な構成の電流トランスを電流センサ163とし
て使用して、インバータ回路64に流れる入力電流を検
知でき、帰還制御を実行しているものである。また実施
例2で使用している抵抗素子を使用した電流検知を行っ
た場合には、抵抗素子に電力損失が発生するが、この点
本実施例によれば電力損失が発生せず、効率の高い装置
を実現している。
As described above, according to this embodiment, the second embodiment
The direct current detection circuit 151 having a complicated configuration used in the above is not used, and a current transformer having a simple configuration is used as the current sensor 163 to detect the input current flowing in the inverter circuit 64 and execute feedback control. It is a thing. In addition, when current detection is performed using the resistance element used in the second embodiment, power loss occurs in the resistance element. However, according to the present embodiment, no power loss occurs and the efficiency is improved. Achieving a high price.

【0040】(実施例4)続いて本発明の第4の実施例
について説明する。図7は本実施例の動力発生装置の構
成を示す回路図である。本実施例では、制御回路165
は、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング
素子のターンオンの時期を加減することにより、第1の
物体60と第2の物体61の間に発生する電磁力(本実
施例においては、回転運動であるためトルクとなる)の
極性が逆となる瞬間が発生しないように、巻線67に供
給する電流を制御している。
(Embodiment 4) Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a circuit diagram showing the configuration of the power generator of this embodiment. In this embodiment, the control circuit 165
Is an electromagnetic force generated between the first object 60 and the second object 61 (rotational motion in the present embodiment) by adjusting the turn-on timing of the first switching element and the second switching element. Therefore, the current supplied to the winding 67 is controlled so that the moment when the polarity of the torque becomes opposite) does not occur.

【0041】すなわち制御回路165は、巻線67に流
れる電流iMを検知して信号処理を行う電気信号処理回
路166を有している。電気信号処理回路166は、2
0mΩの抵抗によって構成した巻線電流検知回路152
と、前記図4で説明した直流分検知回路151と、符号
判定器82とを有している。つまり符号判定器82は、
巻線電流検知回路152の両端の電圧εが正の場合(す
なわちiM>0)にはハイの信号を出力し、εが負の場
合(すなわちiM<0)にはローの信号を出力する。
That is, the control circuit 165 has an electric signal processing circuit 166 which detects the current i M flowing through the winding 67 and performs signal processing. The electric signal processing circuit 166 has two
Winding current detection circuit 152 composed of 0 mΩ resistance
And the direct current component detection circuit 151 and the code determination unit 82 described with reference to FIG. That is, the code determiner 82
A high signal is output when the voltage ε across the winding current detection circuit 152 is positive (ie, i M > 0), and a low signal is output when ε is negative (ie, i M <0). To do.

【0042】また永久磁石69・70の位置を検知する
位置検知手段88は、第1の物体60の電気的中性点、
すなわち巻線67による起磁力が丁度零となる位置に設
けているホール素子によって構成した磁気センサ79
と、磁気センサ79の出力の符号によってハイとローの
信号を出力する符号判定器80によって構成している。
つまり、磁気センサ79にN極が対向した場合には、符
号判定器80はハイの信号を、磁気センサ79にS極が
対向した場合には符号判定器80はローの信号を出力す
るものである。
Further, the position detecting means 88 for detecting the positions of the permanent magnets 69 and 70 is an electric neutral point of the first object 60,
That is, the magnetic sensor 79 constituted by the Hall element provided at the position where the magnetomotive force of the winding 67 is just zero.
And a sign determiner 80 that outputs high and low signals according to the sign of the output of the magnetic sensor 79.
That is, when the N pole faces the magnetic sensor 79, the sign determiner 80 outputs a high signal, and when the S pole faces the magnetic sensor 79, the sign determiner 80 outputs a low signal. is there.

【0043】また制御回路165は、前記位置検知手段
88の信号と電気信号処理回路166の信号を受けて、
前記信号間の位相の差を増幅して信号sを出力する位相
誤差検知回路85と、位相誤差検知回路85の信号sを
受けて、位置検知手段88の出力に対する進相角βを決
定し、この信号を出力する進相制御回路86を有してい
る。
Further, the control circuit 165 receives the signal of the position detecting means 88 and the signal of the electric signal processing circuit 166,
A phase error detection circuit 85 that amplifies the phase difference between the signals and outputs a signal s, and a signal s from the phase error detection circuit 85 are received to determine a phase advance angle β with respect to the output of the position detection means 88. It has a phase advance control circuit 86 that outputs this signal.

【0044】図8は、位相誤差検知回路85の具体回路
図である。Dフリップフロップ89は、例えばMOS式
のデジタルICであるμPD4013B等によって構成
され、入力端子CP(以下単にCPと称する)での信号
の立ち上がりのエッジのタイミングにおいて、入力端子
D(以下単にDと称する)からデータを読み込み、その
結果を出力端子Q(以下単にQと称する)に出力するも
ので、本実施例においては、このDフリップフロップ8
9は12Vの直流電源にて動作するものを使用してい
る。
FIG. 8 is a specific circuit diagram of the phase error detection circuit 85. The D flip-flop 89 is composed of, for example, a μPD4013B which is a MOS type digital IC, and the input terminal D (hereinafter simply referred to as D) at the timing of the rising edge of the signal at the input terminal CP (hereinafter simply referred to as CP). ), And outputs the result to an output terminal Q (hereinafter simply referred to as Q). In the present embodiment, this D flip-flop 8
No. 9 uses a DC power source of 12V.

【0045】位置検知手段88からの信号pはCPに入
力され、巻線電流検知回路83からの信号rはDに入力
されているものである。またQには、信号pやrのパル
ス周波数成分の除去を行い、平均値成分を通すためのロ
ーパスフィルタ90を接続している。ローパスフィルタ
90は、抵抗91とコンデンサ92によって構成してい
る。またローパスフィルタ90の出力は、オペアンプ9
3を用いた一種の増幅回路に接続している。オペアンプ
93のマイナス入力端子には、抵抗94を介して前記ロ
ーパスフィルタ90の出力を接続しており、マイナス入
力端子と出力端子との間には、コンデンサ95と抵抗9
6の直列回路で構成したフィードバック回路を接続して
いる。またプラス入力端子には、12Vの電源電圧を抵
抗97と抵抗98によって分圧した信号を加えている。
本実施例では、抵抗97と抵抗98とは同一のものを使
用しており、プラス入力端子には丁度6Vの信号が加わ
るようになっている。
The signal p from the position detection means 88 is input to CP, and the signal r from the winding current detection circuit 83 is input to D. A low-pass filter 90 for removing the pulse frequency components of the signals p and r and passing the average value component is connected to Q. The low pass filter 90 is composed of a resistor 91 and a capacitor 92. The output of the low-pass filter 90 is the operational amplifier 9
It is connected to a kind of amplifier circuit using 3. The output of the low-pass filter 90 is connected to the minus input terminal of the operational amplifier 93 via the resistor 94, and the capacitor 95 and the resistor 9 are provided between the minus input terminal and the output terminal.
A feedback circuit composed of 6 series circuits is connected. A signal obtained by dividing the power supply voltage of 12 V by the resistors 97 and 98 is applied to the positive input terminal.
In this embodiment, the same resistors 97 and 98 are used, and a signal of just 6 V is applied to the positive input terminal.

【0046】以下本実施例の動作について説明する。巻
線67に流れる電流の直流成分を零にする動作について
は、図4で述べた動作と全く同一であり説明を省略す
る。本実施例における動作のポイントは、第1の物体6
0と第2の物体61との間に発生する電磁力の極性が逆
となる瞬間が発生しないように、すなわち逆方向トルク
が発生しないように、巻線67に流れる電流を制御する
方法である。
The operation of this embodiment will be described below. The operation of reducing the DC component of the current flowing through the winding 67 to zero is completely the same as the operation described in FIG. The point of the operation in this embodiment is that the first object 6
This is a method of controlling the current flowing through the winding 67 so that the moment when the polarities of the electromagnetic force generated between 0 and the second object 61 are not reversed, that is, the reverse torque is not generated. .

【0047】発明者らの実験によれば、巻線67に流れ
る電流iMの位相と、位置検知手段88の信号pの位相
とが一致していれば、第1の物体60と第2の物体61
との間に発生する電磁力の極性が逆となる瞬間が発生し
ないものである。つまり逆方向トルクが発生しないもの
である。
According to the experiments conducted by the inventors, if the phase of the current i M flowing through the winding 67 and the phase of the signal p of the position detecting means 88 match each other, the first object 60 and the second object 60 Object 61
The moment when the polarities of the electromagnetic force generated between and are not reversed does not occur. That is, no reverse torque is generated.

【0048】ここで巻線67に流れる電流iMの位相
が、位置検知手段88の信号pよりも遅れている場合に
ついて説明する。なお巻線67に流れる電流iMの位相
が、位置検知手段88の信号pよりも進んでいる場合に
ついては、以下の説明の逆となる。
Here, the case where the phase of the current i M flowing through the winding 67 is delayed from the signal p of the position detecting means 88 will be described. In the case where the phase of the current i M flowing through the winding 67 is ahead of the signal p of the position detecting means 88, the opposite of the following description is made.

【0049】Dフリップフロップ89のCPに位置検知
手段88からの信号pが入力されて、CPの電位がロウ
からハイに立ち上がったとする。この瞬間はDの電圧は
まだローの入力となっていることから、Qから出力する
信号はロウである。従ってローパスフィルタ90の出力
レベルは6Vよりも低くなる。オペアンプ93およびそ
の周辺回路は、このローパスフィルタ90の出力とプラ
ス入力端子の電圧(6V)との誤差電圧を増幅するよう
に作用し、この誤差電圧の増幅分を信号としてS端子か
ら出力するる。ここで、オペアンプ93に接続している
コンデンサ95は、この信号電圧を積分するように動作
する。
It is assumed that the signal p from the position detecting means 88 is input to the CP of the D flip-flop 89 and the potential of CP rises from low to high. At this moment, the voltage of D is still low input, so the signal output from Q is low. Therefore, the output level of the low-pass filter 90 becomes lower than 6V. The operational amplifier 93 and its peripheral circuits act so as to amplify the error voltage between the output of the low-pass filter 90 and the voltage (6 V) at the positive input terminal, and output the amplified component of this error voltage as a signal from the S terminal. . Here, the capacitor 95 connected to the operational amplifier 93 operates so as to integrate this signal voltage.

【0050】従って本実施例においては、Qから出力す
る信号の直流分が6Vからわずかでもずれた場合、すな
わちQのデューティ比が1/2からわずかでもズレてい
る場合には、その誤差が積算されて出力される。つまり
帰還動作を行った場合には、ほぼ完全に、pとrの位相
誤差を零にすることが可能となるものである。
Therefore, in this embodiment, when the DC component of the signal output from Q is slightly deviated from 6 V, that is, when the duty ratio of Q is slightly deviated from 1/2, the error is integrated. Is output. That is, when the feedback operation is performed, the phase error between p and r can be almost completely reduced to zero.

【0051】なお、オペアンプ93およびその周辺回路
は、符号反転して出力がなされる接続となっていことか
ら、iMの位相が遅れた状態では位相誤差検知回路85
の出力sは高くなり、逆にiMの位相が進んだ状態で
は、位相誤差検知回路85の出力sは低くなるものであ
る。
Since the operational amplifier 93 and its peripheral circuits are connected so that the sign is inverted and output, the phase error detection circuit 85 is provided when the phase of i M is delayed.
The output s of the phase error detection circuit 85 is low when the phase of i M is advanced.

【0052】なお図8に示した回路では、Dフリップフ
ロップ89を使用して位相誤差検知回路85を構成して
いるが、かならずしもこのような構成部品を使用しなけ
ればならないというものではなく、一般の位相同期ルー
プ回路の位相検知回路(Phase detecte
r)と呼ばれるような回路構成であっても同様な動作が
期待できるものである。
In the circuit shown in FIG. 8, the D flip-flop 89 is used to form the phase error detection circuit 85. However, it is not always necessary to use such a component, and it is general. Phase detection circuit (Phase detect circuit)
Even with a circuit configuration called r), similar operation can be expected.

【0053】進相制御回路86には、位相誤差検知回路
85から前記のような信号sが入力される。進相制御回
路86は、この入力信号sによって、位置検知手段88
からの出力信号pに対する進み位相角βを図9に示すよ
うに決定して、この信号を駆動回路84に出力してい
る。つまり信号電圧sが10Vの場合には、進み位相角
βは40゜に、信号電圧sが10Vの場合には進み位相
角βは25゜として、この間を直線で結んだ関係に設定
している。なお本実施例においては、回転速度が55000r
/mの条件において、定常状態、すなわちpとrの位相差
が零となっている状態においては、sの電圧値は約6V
で、進み位相角βは約25゜になっている。このよう
に、位置検知手段88からの出力信号pに対する進み位
相角βを図9に示すように決定することによって、巻線
67に流れる電流iMの位相と、位置検知手段88の信
号pの位相とを一致させることができ、第1の物体60
と第2の物体61との間に発生する電磁力の極性が逆と
なる瞬間が発生しないものである。つまり逆方向トルク
が発生しないものである。
The signal s as described above is input from the phase error detection circuit 85 to the phase advance control circuit 86. The phase advance control circuit 86 receives the input signal s and detects the position detecting means 88.
The leading phase angle β with respect to the output signal p from is determined as shown in FIG. 9, and this signal is output to the drive circuit 84. That is, when the signal voltage s is 10 V, the lead phase angle β is 40 °, and when the signal voltage s is 10 V, the lead phase angle β is 25 °, and the relations are set by connecting them in a straight line. . In this embodiment, the rotation speed is 55000r.
In the steady state under the condition of / m, that is, the phase difference between p and r is zero, the voltage value of s is about 6V.
Thus, the lead phase angle β is about 25 °. Thus, by determining the lead phase angle β with respect to the output signal p from the position detecting means 88 as shown in FIG. 9, the phase of the current i M flowing through the winding 67 and the signal p of the position detecting means 88 are determined. The phase can be matched and the first object 60
The moment at which the polarities of the electromagnetic force generated between the second object 61 and the second object 61 are reversed does not occur. That is, no reverse torque is generated.

【0054】以上のように本実施例では、特に位相誤差
検知回路85と進相制御回路86によって、常に巻線6
7に流れる電流の位相と、位置検知手段88が磁極が変
化する信号の位相の差を検出し、この差の信号を帰還信
号として利用しているものである。またこの帰還制御に
よって、前記位相の差が零となるように、進み位相角β
を制御しているものである。従って例えば電源電圧が変
動したり、負荷が変動したりした場合でも、あるいは回
路構成部品がばらついたりした場合でも、正確な制御を
することができるものである。
As described above, in the present embodiment, the winding 6 is always driven by the phase error detection circuit 85 and the phase advance control circuit 86.
The position detecting means 88 detects the difference between the phase of the current flowing through the signal No. 7 and the phase of the signal whose magnetic pole changes, and uses this difference signal as a feedback signal. Further, this feedback control causes the advance phase angle β to be zero so that the phase difference becomes zero.
Is the one that controls. Therefore, for example, even when the power supply voltage fluctuates, the load fluctuates, or circuit component parts vary, accurate control can be performed.

【0055】図10は進み位相角βの値が不足している
場合の動作波形を示している。図10(ア)は位置検知
手段88の出力信号pを、図10(イ)は巻線電流iM
を示している。なお、巻線電流iMの直流分に関して
は、零の状態が成り立っているものとする。この場合に
は、スイッチング素子のオンオフの切り替えタイミング
1・t4が遅くなるため、位置検知手段66の出力信号
pが切り替わるタイミングt2・t5においては、まだi
Mが零に達していない。iM=0となるのはt3・t6のタ
イミングであるので、t2〜t3の期間およびt5〜t6
期間には、逆方向のトルクが発生することになる。
FIG. 10 shows operation waveforms when the value of the lead phase angle β is insufficient. 10A shows the output signal p of the position detecting means 88, and FIG. 10A shows the winding current i M.
Is shown. It is assumed that the DC component of the winding current i M is in a zero state. In this case, the on / off switching timings t 1 and t 4 of the switching element are delayed, so that at the timings t 2 and t 5 at which the output signal p of the position detection means 66 is switched, i is still i.
M has not reached zero. Since it is the timing of t 3 · t 6 that i M = 0, torque in the reverse direction is generated during the period of t 2 to t 3 and the period of t 5 to t 6 .

【0056】つまり、t2〜t3の期間においては位置検
知手段88にN極が対向し、丁度図1に示しているよう
な位置関係になっており、しかもiM<0の状態であ
る。従って鉄心68を流れる磁束Φの方向は、Φ<0で
あり、図7に示す矢印とは逆向きの反時計方向のトルク
が生ずることになる。同様に、図10においてハッチン
グを施した期間は、すべて逆方向のトルクが生じてお
り、これらは本来の回転方向に対して逆向きであること
から、ブレーキとして作用するものである。またこの結
果、発生するトルクのリプル分を大きくなり、装置とし
て発生するトルクは減少し、また巻線電流の増大、スイ
ッチング素子の電流値の増大、装置の効率低下につなが
るものである。
That is, during the period from t 2 to t 3 , the N pole faces the position detecting means 88, and the positional relationship is exactly as shown in FIG. 1, and i M <0. . Therefore, the direction of the magnetic flux Φ flowing through the iron core 68 is Φ <0, and the counterclockwise torque opposite to the arrow shown in FIG. 7 is generated. Similarly, in the hatched period in FIG. 10, torque in the opposite direction is generated in all directions, and since these are in the opposite directions to the original rotation direction, they act as a brake. As a result, the ripple of the generated torque increases, the torque generated by the device decreases, and the winding current increases, the current value of the switching element increases, and the efficiency of the device decreases.

【0057】また図11は、逆に進み位相角βが過大と
なった場合の動作波形を示している。この場合には、図
11(イ)に示しているように、スイッチング素子の切
り替えタイミングt1・t4が進み過ぎていることから、
巻線電流iM=0となるタイミングt2・t5が、位置検
知手段88の出力信号pのエッジ時刻t3・t6よりも早
くなって、ハッチングを施した期間においてはやはり逆
方向のトルクが発生するものである。
On the contrary, FIG. 11 shows an operation waveform when the lead phase angle β becomes excessively large. In this case, as shown in FIG. 11A, since the switching timings t 1 and t 4 of the switching elements are too advanced,
The timing t 2 · t 5 at which the winding current i M = 0 becomes earlier than the edge time t 3 · t 6 of the output signal p of the position detection means 88, and the opposite direction is maintained in the hatched period. A torque is generated.

【0058】この点本実施例のように、逆方向トルクが
発生しない状態に進み位相角βを調整することによっ
て、動作が良好で、性能が高く、小形化・低コスト化・
軽量化・高効率化した動力発生装置を実現するものであ
る。
In this respect, as in the present embodiment, by advancing to the state where no reverse torque is generated and adjusting the phase angle β, the operation is good, the performance is high, the size is small and the cost is low.
This is to realize a lightweight and highly efficient power generator.

【0059】(実施例5)次に本発明の第5の実施例で
ある掃除機について、図12に基づいて説明する。筺体
内には前記各実施例で説明した動力発生装置105を設
けている。また動力発生装置105の出力軸には、ファ
ン106を接続している。またファン106の前方には
紙パック107を設けており、ノズル109・ホース1
08を介して吸引した塵埃を収容している。整流回路1
13は例えば4本のシリコンダイオードを使用してお
り、電源コード110によって商用電源に接続されてい
る。
(Fifth Embodiment) Next, a vacuum cleaner according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The power generation device 105 described in each of the embodiments is provided in the housing. A fan 106 is connected to the output shaft of the power generator 105. A paper pack 107 is provided in front of the fan 106, and the nozzle 109 and the hose 1 are provided.
It accommodates the dust sucked through 08. Rectifier circuit 1
13 uses, for example, four silicon diodes, and is connected to a commercial power source by a power cord 110.

【0060】なお、掃除機の移動を容易にするために、
前輪111・後輪112を設けている。
In order to facilitate the movement of the vacuum cleaner,
A front wheel 111 and a rear wheel 112 are provided.

【0061】以下本実施例の動作について説明する。電
源コード110を商用電源に接続して、図示してないス
イッチを入れると、動力発生装置105が動作を開始す
る。動力発生装置105が回転を開始すると、ファン1
06が回転を開始して、ノズル109・ホース108を
介して塵埃が紙パック107内に収容される。
The operation of this embodiment will be described below. When the power cord 110 is connected to a commercial power source and a switch (not shown) is turned on, the power generation device 105 starts operating. When the power generation device 105 starts rotating, the fan 1
06 starts rotating, and dust is stored in the paper pack 107 via the nozzle 109 and the hose 108.

【0062】ここで使用している動力発生装置105
は、前記各実施例において説明したものであり、整流子
やブラシがなく、また単相の巻線と、双方向スイッチン
グ素子を使用した非常に簡単な構成のものである。した
がって長期間の使用によっても信頼性の確保が十分にで
き、また低価格で小形のものとなっている。
Power generator 105 used here
Is the one described in each of the above-mentioned embodiments, and has a very simple structure without a commutator or a brush, using a single-phase winding, and a bidirectional switching element. Therefore, reliability can be sufficiently ensured even after long-term use, and it is low-priced and small.

【0063】また動力発生装置105は、図1で説明し
ているようにギャップ79に傾斜を設け、第2の物体6
1の停止位置を死点を外した位置とできるものである。
またファン106は、例えばベアリングなどを使用して
回転時の摩擦を非常に小さくしているものである。従っ
て前記ギャップの大きさは、0.2〜0.5mm程度のごく小さ
いものである。従って動力発生装置105は、起動に必
要なトルクも小さくてすみ、確実な起動ができるもので
ある。
Further, the power generator 105 is provided with an inclination in the gap 79 as described with reference to FIG.
The first stop position can be a position where the dead center is removed.
The fan 106 uses, for example, a bearing to minimize friction during rotation. Therefore, the size of the gap is as small as 0.2 to 0.5 mm. Therefore, the power generation device 105 requires less torque for starting, and can start reliably.

【0064】[0064]

【発明の効果】請求項1に記載した発明は、単相の巻線
を有する第1の物体と、第1の物体に対して相対的に可
動に設けた永久磁石を有する第2の物体と、前記巻線に
電流を供給する第1のスイッチング素子と第2のスイッ
チング素子を有しているインバータ回路と、インバータ
回路を制御する制御回路と、永久磁石の位置を検出する
位置検知手段とを備え、前記制御回路は、前記スイッチ
ング素子のオン時間の比率を調整して巻線電流の正方向
と負方向の大きさが等しくなるように制御する構成とし
て、簡単な構成で、単相の巻線に供給する電流を、正方
向と負方向の大きさが等しくなるように制御して、回路
を構成するスイッチング素子を有効に使用することが出
来る動力発生装置を実現するものである。
According to the invention described in claim 1, a first object having a single-phase winding, and a second object having a permanent magnet movably provided relative to the first object are provided. An inverter circuit having a first switching element and a second switching element for supplying a current to the winding, a control circuit for controlling the inverter circuit, and a position detecting means for detecting the position of the permanent magnet. The control circuit has a simple configuration and a single-phase winding as a configuration for adjusting the ON time ratio of the switching element so that the magnitude of the winding current in the positive direction becomes equal to that in the negative direction. The power supply device is realized in which the current supplied to the line is controlled so that the magnitudes in the positive direction and the negative direction are equal to each other, and the switching elements forming the circuit can be effectively used.

【0065】請求項2に記載した発明は、制御回路は、
巻線電流の直流成分を検知する直流分検知回路とオン期
間の比率を制御するオン期間比率制御回路とを有し、前
記オン期間比率制御回路は第1のスイッチング素子と第
2のスイッチング素子のオン期間の比率を、直流分検知
回路の出力が零になる方向に制御する構成として、正方
向と負方向の大きさが等しくなるように制御して、回路
を構成するスイッチング素子を有効に使用することが出
来る動力発生装置を実現するものである。
In the invention described in claim 2, the control circuit is
A DC component detection circuit for detecting a DC component of the winding current and an ON period ratio control circuit for controlling a ratio of ON periods are provided, and the ON period ratio control circuit includes a first switching element and a second switching element. The ON period ratio is controlled so that the output of the DC component detection circuit becomes zero, and the switching elements that make up the circuit are effectively used by controlling the size of the positive direction and the negative direction to be equal. It realizes a power generation device that can perform.

【0066】請求項3に記載した発明は、制御回路は、
入力電流のアンバランス分を検知するアンバランス分検
知回路回路とオン期間の比率を制御するオン期間比率制
御回路とを有し、前記オン期間比率制御回路は、第1の
スイッチング素子と前記第2のスイッチング素子のオン
期間の比率を、前記アンバランス分検知回路の出力が零
になる方向に制御する構成として、正方向と負方向の大
きさが等しくなるように制御して、回路を構成するスイ
ッチング素子を有効に使用することが出来る動力発生装
置を実現するものである。
In the invention described in claim 3, the control circuit is
An unbalanced amount detection circuit circuit that detects an unbalanced amount of the input current and an ON period ratio control circuit that controls a ratio of ON periods are provided, and the ON period ratio control circuit includes a first switching element and the second switching element. The ON period ratio of the switching element is controlled so that the output of the unbalanced amount detection circuit becomes zero, and the circuit is configured by controlling the magnitudes in the positive direction and the negative direction to be equal. The present invention realizes a power generation device that can effectively use a switching element.

【0067】請求項4に記載した発明は、制御回路は、
第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子
のターンオンの時期を加減することにより、第1の物体
と第2の物体の間に発生する電磁力の極性が逆となる瞬
間が発生しないようにように制御する構成として、逆方
向トルクが発生せず、性能が高く、小形化・低コスト化
・軽量化・高効率化した動力発生装置を実現するもので
ある。
In the invention described in claim 4, the control circuit is
By adjusting the turn-on timings of the first switching element and the second switching element, it is possible to prevent the moment when the polarities of the electromagnetic forces generated between the first object and the second object are reversed from occurring. In this configuration, the reverse control torque is not generated, the performance is high, and the power generation device that is small in size, low in cost, lightweight, and highly efficient is realized.

【0068】請求項5に記載した発明は、請求項1から
4のいずれか1項に記載した動力発生装置と、この動力
発生装置の出力に接続したファンとを有する構成とし
て、小形・軽量・低価格で、効率の高い掃除機を実現す
るものである。
The invention described in claim 5 is a structure having the power generation device according to any one of claims 1 to 4 and a fan connected to the output of the power generation device, and is small, lightweight, and It is a low-cost, highly efficient vacuum cleaner.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例である動力発生装置の構
成を示す回路図
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a power generation device that is a first embodiment of the present invention.

【図2】同、各部の動作を示す波形図FIG. 2 is a waveform chart showing the operation of each unit.

【図3】同、設定が適切でない場合の動作を示す波形図FIG. 3 is a waveform chart showing the operation when the setting is not appropriate.

【図4】本発明の第2の実施例である動力発生装置の構
成を示す回路図
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a power generator which is a second embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3の実施例である動力発生装置の構
成を示す回路図
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a power generation device that is a third embodiment of the present invention.

【図6】(ア)同、インバータ回路の入力電流を示す波
形図 (イ)同、設定が適切でない場合の動作を示す波形図
FIG. 6A is a waveform diagram showing the input current of the inverter circuit. FIG. 6B is a waveform diagram showing the operation when the setting is not appropriate.

【図7】本発明の第4の実施例である動力発生装置の構
成を示す回路図
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a power generation device that is a fourth embodiment of the present invention.

【図8】同、位相誤差検知回路の構成を示す回路図FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a phase error detection circuit of the same.

【図9】同、進相制御回路の制御を示す特性図FIG. 9 is a characteristic diagram showing control of the phase advance control circuit.

【図10】(ア)同、位置検知手段の出力信号を示す波
形図 (イ)同、進み位相角βの値が不足している場合の巻線
電流iMを示す波形図
FIG. 10A is a waveform diagram showing the output signal of the position detecting means. FIG. 10B is a waveform diagram showing the winding current i M when the value of the lead phase angle β is insufficient.

【図11】(ア)同、位置検知手段の出力信号を示す波
形図 (イ)同、進み位相角βの値が過剰となっている場合の
巻線電流iMを示す波形図
FIG. 11A is a waveform diagram showing the output signal of the position detecting means. FIG. 11B is a waveform diagram showing the winding current i M when the value of the lead phase angle β is excessive.

【図12】本発明の第5の実施例である掃除機の構成を
示す説明図
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the configuration of a vacuum cleaner that is a fifth embodiment of the present invention.

【図13】従来例であるブラシレスモータの構成を示す
回路図
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a conventional brushless motor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

60 第1の物体 61 第2の物体 64 インバータ回路 65 制御回路 66 位置検知手段 67 巻線 69 永久磁石 70 永久磁石 71 第1のスイッチング素子 72 第2のスイッチング素子 73 第2のスイッチング素子 74 第1のスイッチング素子 105 動力発生装置 106 ファン 150 制御回路 151 直流分検知回路 157 オン期間比率制御回路 160 制御回路 161 アンバランス分検知回路 162 オン期間比率制御回路 165 制御回路 60 First Object 61 Second Object 64 Inverter Circuit 65 Control Circuit 66 Position Detection Means 67 Winding 69 Permanent Magnet 70 Permanent Magnet 71 First Switching Element 72 Second Switching Element 73 Second Switching Element 74 First Switching device 105 Power generator 106 Fan 150 Control circuit 151 DC component detection circuit 157 ON period ratio control circuit 160 Control circuit 161 Unbalanced component detection circuit 162 ON period ratio control circuit 165 Control circuit

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単相の巻線を有する第1の物体と、第1
の物体に対して相対的に可動に設けた永久磁石を有する
第2の物体と、前記巻線に電流を供給する第1のスイッ
チング素子と第2のスイッチング素子を有しているイン
バータ回路と、インバータ回路を制御する制御回路と、
永久磁石の位置を検出する位置検知手段とを備え、前記
制御回路は、前記スイッチング素子のオン時間の比率を
調整して巻線電流の正方向と負方向の大きさが等しくな
るように制御する動力発生装置。
A first object having a single-phase winding;
A second object having a permanent magnet movably provided relative to the object, an inverter circuit having a first switching element for supplying a current to the winding and a second switching element, A control circuit for controlling the inverter circuit,
Position control means for detecting the position of the permanent magnet is provided, and the control circuit controls the ON time ratio of the switching element so that the magnitudes of the winding current in the positive and negative directions become equal. Power generator.
【請求項2】 制御回路は、巻線電流の直流成分を検知
する直流分検知回路とオン期間の比率を制御するオン期
間比率制御回路とを有し、前記オン期間比率制御回路は
第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子のオ
ン期間の比率を、直流分検知回路の出力が零になる方向
に制御する請求項1記載の動力発生装置。
2. The control circuit includes a DC component detection circuit for detecting a DC component of a winding current and an ON period ratio control circuit for controlling a ratio of ON periods, and the ON period ratio control circuit is a first circuit. The power generator according to claim 1, wherein the ratio of the ON period of the switching element and the second switching element is controlled so that the output of the DC component detection circuit becomes zero.
【請求項3】 制御回路は、入力電流のアンバランス分
を検知するアンバランス分検知回路とオン期間の比率を
制御するオン期間比率制御回路とを有し、前記オン期間
比率制御回路は、第1のスイッチング素子と前記第2の
スイッチング素子のオン期間の比率を、前記アンバラン
ス分検知回路の出力が零になる方向に制御する請求項1
記載の動力発生装置。
3. The control circuit comprises an unbalanced component detection circuit for detecting an unbalanced component of the input current, and an ON period ratio control circuit for controlling a ratio of ON periods. The ON period ratio control circuit comprises: 2. The ratio of the ON period of the first switching element and the ON period of the second switching element is controlled so that the output of the unbalanced amount detection circuit becomes zero.
The power generator described.
【請求項4】 制御回路は、第1のスイッチング素子お
よび第2のスイッチング素子のターンオンの時期を加減
することにより、第1の物体と第2の物体の間に発生す
る電磁力の極性が逆となる瞬間が発生しないように巻線
に流れる電流を制御する請求項1から3のいずれか1項
に記載した動力発生装置。
4. The control circuit adjusts the turn-on timing of the first switching element and the second switching element so that the polarity of the electromagnetic force generated between the first object and the second object is reversed. The power generator according to any one of claims 1 to 3, wherein the current flowing through the winding is controlled so that the moment at which
【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項に記載し
た動力発生装置と、この動力発生装置の出力に接続した
ファンとを有する掃除機。
5. A vacuum cleaner comprising a power generator according to any one of claims 1 to 4, and a fan connected to an output of the power generator.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009033921A (en) * 2007-07-30 2009-02-12 Honda Motor Co Ltd Electric motor control device

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