磁阻電機的驅動電路及磁阻電機系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及不使用永久磁體及電刷的磁阻電機的驅動電路、以及磁阻電機系統。
【背景技術】
[0002]近年，磁體原料的稀土類的價格處于上升趨勢中，對不使用永久磁體的SR(Switched Reluctance:開關磁阻)電機的關注度正在増加。SR電機是不使用永久磁體、僅以磁阻轉矩(即電磁體的吸引力)進行驅動的電機。SR電機目前已在吸塵器、油壓栗、電鉆等中實用化了。
[0003]SR電機與更加廣泛普及的磁體電機相比，具有不使用永久磁體所帶來的成本降低的優點。并且由于不使用永久磁體，故堅固性及耐熱性較高。此外，還具有不會發生無勵磁時的帶動旋轉損耗(連機回損失)及齒槽效應(cogging)的優點。但是，SR電機存在與磁體電機相比轉矩密度較低這樣的技術問題。
[0004]SR電機與磁體電機相比一般具有高電感。因此，在SR電機中，從關斷對線圈的通電而開始消磁起至電磁感應所產生的感應電流變為零為止需要較長的消失時間，并且開始通電后的上升也較花費時間。即，電流追蹤性較差。
[0005]因此，為不進入負轉矩區域，一般是進行在考慮了電流消失時間的較早定時(timing)就停止對線圈的通電的控制。然而，若在較早的定時停止通電，則無法充分發揮電機的潛能轉矩。
[0006]此外，為加快電流消失時間，已提出有用升壓電路使線圈消磁時施加的反向電壓升壓的方法(參照專利文獻I)。然而，驅動電路的電路規模及成本會増大。
[0007][在先技術文獻]
[0008][專利文獻]
[0009][專利文獻I]日本特開2004-208441號公報
【發明內容】
[0010]〔發明所要解決的技術問題〕
[0011]本發明是鑒于這樣的狀況而研發的，其目的在于提供一種既抑制電路規模的増大，又改善磁阻電機的輸出特性的技術。
[0012]〔用于解決技術問題的手段〕
[0013]為解決上述技術問題，本發明一個方案的磁阻電機的驅動電路是一種包括具有多個突極的定子和具有多個突極的轉子的磁阻電機的驅動電路，包括:用于向定子或轉子的突極上纏繞的線圈的至少一部分流過勵磁用的電流的第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。可以是線圈被纏繞于定子的突極的構成，也可以是被纏繞于轉子的突極的構成。勵磁用的電流可以流過線圈的全部。
[0014]根據該方案，能在線圈消磁時以較少的匝數使感應電流釋放，能縮短至電流消失的期間。因此，能確保較長的勵磁時間，能改善輸出特性。
[0015]可以還包括:第I開關元件，被設置在線圈的第I端與連接于電源的正極側的高側基準線之間；電流控制元件，被設置在線圈的第2端與高側基準線之間，用于使得從線圈向高側基準線流過電流；以及第2開關元件，被設置在線圈的中途的連接點與連接于電源的負極側的低側基準線之間。由此，能用3個元件實現發揮上述作用的驅動電路。
[0016]可以具有在對所述線圈勵磁時，所述第I開關元件及所述第2開關元件導通的模式，和所述第I開關元件導通且所述第2開關元件交替反復導通/截止的模式。由此，能實現可通過改變導通/截止的占空比來改變輸出特性的驅動電路。
[0017]可以還包括:第I開關元件，被設置在線圈的第I端與連接于電源的正極側的高側基準線之間；第2開關元件，被設置在線圈的第2端與連接于電源的負極側的低側基準線之間；第I電流控制元件，用于使得從低側基準線向線圈的中途的第I連接點流過電流；以及第2電流控制元件，用于使得從位于比線圈的第I連接點更靠第2端的第2連接點向高側基準線流過電流。由此，能用4個元件實現發揮上述作用的驅動電路。
[0018]第I電流控制元件可以是陽極端子連接于低側基準線，陰極端子連接于線圈的連接點的第I二極管。第2電流控制元件可以是陽極端子連接于線圈的連接點，陰極端子連接于高側基準線的第2 二極管。通過使用二極管，與使用能動元件時相比能抑制成本。
[0019]第I電流控制元件可以是并聯地形成或連接有二極管的第3開關元件。第2電流控制元件可以是陽極端子連接于線圈的連接點，陰極端子連接于高側基準線的第2二極管。通過使用第3開關元件作為第I電流控制元件，能在線圈的一部分中流過勵磁用的電流。
[0020]可以具有在對線圈勵磁時所使用的匝數不同的2個模式。通過在勵磁時使第3開關元件導通，能選擇電流上升快的模式。
[0021]第I開關元件、第2開關元件、第I電流控制元件及第2電流控制元件可以是針對定子的各相分別設置的。線圈的勵磁期間非重復的多個相的第I開關元件或第2開關元件可以被共用。由此，能削減開關元件的數量。
[0022]本發明的另一方案也是一種磁阻電機的驅動電路。該驅動電路是包括具有多個突極的定子和具有多個突極的轉子的磁阻電機的驅動電路，包括:第I路徑，在定子或轉子的突極上所纏繞的線圈中，流過從連接于電源的正極側的高側基準線經由線圈的至少一部分而朝向連接于電源的負極側的低側基準線的電流;第2路徑，流過從低側基準線經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基準線的電流；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，在線圈內流動的電流的朝向是相同的。
[0023]根據該方案，能減小消磁路徑的電感，能縮短至電流消失的時間。因此，能確保較長的勵磁時間，能改善輸出特性。
[0024]本發明的另一方案是一種磁阻電機系統，其具備:包括具有多個突極的定子和具有多個突極的轉子的磁阻電機;以及驅動磁阻電機的上述驅動電路。
[0025]根據該方案，能構筑既抑制驅動電路規模的増大，又改善了輸出特性的磁阻電機系統。
[0026]需要說明的是，將以上構成要素的任意組合、本發明的表現形式在電路、裝置、系統等間變換后的方式，作為本發明的方案也是有效的。
[0027]〔發明效果〕
[0028]通過本發明，能既抑制電路規模的増大，又改善磁阻電機的輸出特性。
【附圖說明】
[0029]圖1的(a)、圖1的(b)是表示比較例的SR電機的構成的圖。
[0030]圖2是表示驅動圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機的比較例I的驅動電路的電路構成的圖。
[0031]圖3是表示圖2的驅動電路的動作定時的圖。
[0032]圖4是表示驅動圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機的比較例2的驅動電路的電路構成的圖。
[0033]圖5是表示圖4的驅動電路的動作定時的圖。
[0034]圖6的(a)、圖6的(b)是表示本發明實施方式的SR電機的構成的圖。
[0035]圖7是表示驅動圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機的實施例1的驅動電路的電路構成的圖。
[0036]圖8是表示圖7的驅動電路的動作定時的圖。
[0037 ]圖9是表示驅動圖6的(a )、圖6的(b)的SR電機的實施例2的驅動電路的電路構成的圖。
[0038]圖10是表示圖9的驅動電路的動作定時的圖。
[0039]圖11是表示驅動圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機的實施例3的驅動電路的電路構成的圖。
[0040]圖12是表示圖11的驅動電路的動作定時的圖。
[0041]圖13的(a)、圖13的(b)是對比較例的線圈電流和本實施方式的線圈電流的變化進行比較的圖。
[0042 ]圖14是表示圖7所示的驅動電路的變形例I的圖。
[0043]圖15是表示圖7所示的驅動電路的變形例2的圖。
[0044]圖16是表示驅動圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機的比較例3的驅動電路的電路構成的圖。
[0045]圖17是表示圖16的驅動電路的動作定時的圖。
[0046]圖18是用于說明圖16的驅動電路的技術問題的圖。
[0047]圖19是表示驅動圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機的實施例4的驅動電路的電路構成的圖。
[0048]圖20是表示圖19的驅動電路的動作定時的圖。
[0049]圖21是表示驅動圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機的實施例5的驅動電路的電路構成的圖。
[0050]圖22是表示圖21的驅動電路的動作定時的圖。
[0051 ]圖23是表示驅動圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機的實施例6的驅動電路的電路構成的圖。
[0052]圖24是表示圖23的驅動電路的動作定時的圖。
[0053]圖25是表示驅動圖1的(a)和圖1的(b)的SR電機的實施例7的驅動電路的電路構成的圖。
[0054]圖26是表示圖25的驅動電路的動作定時的圖。
[0055]圖27是表示驅動圖6的(a)和圖6的(b)的SR電機的實施例8的驅動電路的電路構成的圖。
[0056]圖28是表示圖27的驅動電路的動作定時的圖。
[0057]圖29是表示變形例2的變形例的驅動電路的電路構成的圖。
[0058]圖30的(a)- (c)是對圖2、圖15、圖29所示的驅動電路的輸出特性進行比較的圖。
【具體實施方式】
[0059]以下將參照【附圖說明】本發明的實施方式。在附圖的說明中，對相同的要素標注相同的標號，并適當省略重復的說明。另外，以下所述的構成只是例示，并非對本發明的范圍進行某種限定。
[0060]圖1的(a)、圖1的(b)是表示比較例的SR電機100的構成的圖。SR電機100是由等間隔地具備多個突極的定子10和等間隔地具備多個突極的轉子20組合構成的。圖1的(a)和圖1的(b)中示出了由8極的定子10和6極的轉子20構成的SR電機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，相對的錯開180度的2個突極上纏繞有I個線圈，被進行4相驅動。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100并不限于以8極的定子10和6極的轉子20進行4相驅動的類型，還有以6極的定子10和4極的轉子20進行3相驅動的類型、以4極的定子10和2極的轉子20進行2相驅動的類型等各種各樣的類型。此外，也可以是在轉子的突極上具備線圈的結構。此時，需要具備用于給線圈供電的電刷、集電環等。
[0062]轉子20由電磁鋼板等軟磁性的素材構成。通常，轉子20的極數被設計得與定子1的極數不一致。由此，能規避所有極都一致所引起的無旋轉力狀態。在SR電機100中，基于對定子10的突極上所纏繞的線圈通電而產生的磁阻轉矩，轉子20的突極被吸引，轉子20旋轉。[0063 ]圖2是表示驅動圖1的(a )、圖1的(b)的SR電機100的比較例I的驅動電路200的電路構成的圖。SR電機100的驅動電路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100與驅動電路200的組合稱作電機系統。
[0064]在橋電路部210中，在直流電源El的正極側所連接的高側基準線HL(電源電位線)與直流電源El的負極側所連接的低側基準線LL(地線)之間，配置SR電機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)與高側基準線HL之間，設置Q相第I開關元件Mql。在Q相線圈Lq的第2端(下端)與低側基準線LL之間，設置Q相第2開關元件Mq2。在比較例I中，作為Q相第I開關元件Mql和Q相第2開關元件