磁阻电机的驱动电路及磁阻电机系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及不使用永久磁体及电刷的磁阻电机的驱动电路、以及磁阻电机系统。
【背景技术】
[0002]近年，磁体原料的稀土类的价格处于上升趋势中，对不使用永久磁体的SR(Switched Reluctance:开关磁阻)电机的关注度正在増加。SR电机是不使用永久磁体、仅以磁阻转矩(即电磁体的吸引力)进行驱动的电机。SR电机目前已在吸尘器、油压栗、电钻等中实用化了。
[0003]SR电机与更加广泛普及的磁体电机相比，具有不使用永久磁体所带来的成本降低的优点。并且由于不使用永久磁体，故坚固性及耐热性较高。此外，还具有不会发生无励磁时的带动旋转损耗(連机回損失)及齿槽效应(cogging)的优点。但是，SR电机存在与磁体电机相比转矩密度较低这样的技术问题。
[0004]SR电机与磁体电机相比一般具有高电感。因此，在SR电机中，从关断对线圈的通电而开始消磁起至电磁感应所产生的感应电流变为零为止需要较长的消失时间，并且开始通电后的上升也较花费时间。即，电流追踪性较差。
[0005]因此，为不进入负转矩区域，一般是进行在考虑了电流消失时间的较早定时(timing)就停止对线圈的通电的控制。然而，若在较早的定时停止通电，则无法充分发挥电机的潜能转矩。
[0006]此外，为加快电流消失时间，已提出有用升压电路使线圈消磁时施加的反向电压升压的方法(参照专利文献I)。然而，驱动电路的电路规模及成本会増大。
[0007][在先技术文献]
[0008][专利文献]
[0009][专利文献I]日本特开2004-208441号公报
【发明内容】
[0010]〔发明所要解决的技术问题〕
[0011]本发明是鉴于这样的状况而研发的，其目的在于提供一种既抑制电路规模的増大，又改善磁阻电机的输出特性的技术。
[0012]〔用于解决技术问题的手段〕
[0013]为解决上述技术问题，本发明一个方案的磁阻电机的驱动电路是一种包括具有多个突极的定子和具有多个突极的转子的磁阻电机的驱动电路，包括:用于向定子或转子的突极上缠绕的线圈的至少一部分流过励磁用的电流的第I路径；以及用于向线圈的与所述至少一部分不一致的不同的一部分流过消磁用的电流的第2路径。可以是线圈被缠绕于定子的突极的构成，也可以是被缠绕于转子的突极的构成。励磁用的电流可以流过线圈的全部。
[0014]根据该方案，能在线圈消磁时以较少的匝数使感应电流释放，能缩短至电流消失的期间。因此，能确保较长的励磁时间，能改善输出特性。
[0015]可以还包括:第I开关元件，被设置在线圈的第I端与连接于电源的正极侧的高侧基准线之间；电流控制元件，被设置在线圈的第2端与高侧基准线之间，用于使得从线圈向高侧基准线流过电流；以及第2开关元件，被设置在线圈的中途的连接点与连接于电源的负极侧的低侧基准线之间。由此，能用3个元件实现发挥上述作用的驱动电路。
[0016]可以具有在对所述线圈励磁时，所述第I开关元件及所述第2开关元件导通的模式，和所述第I开关元件导通且所述第2开关元件交替反复导通/截止的模式。由此，能实现可通过改变导通/截止的占空比来改变输出特性的驱动电路。
[0017]可以还包括:第I开关元件，被设置在线圈的第I端与连接于电源的正极侧的高侧基准线之间；第2开关元件，被设置在线圈的第2端与连接于电源的负极侧的低侧基准线之间；第I电流控制元件，用于使得从低侧基准线向线圈的中途的第I连接点流过电流；以及第2电流控制元件，用于使得从位于比线圈的第I连接点更靠第2端的第2连接点向高侧基准线流过电流。由此，能用4个元件实现发挥上述作用的驱动电路。
[0018]第I电流控制元件可以是阳极端子连接于低侧基准线，阴极端子连接于线圈的连接点的第I二极管。第2电流控制元件可以是阳极端子连接于线圈的连接点，阴极端子连接于高侧基准线的第2 二极管。通过使用二极管，与使用能动元件时相比能抑制成本。
[0019]第I电流控制元件可以是并联地形成或连接有二极管的第3开关元件。第2电流控制元件可以是阳极端子连接于线圈的连接点，阴极端子连接于高侧基准线的第2二极管。通过使用第3开关元件作为第I电流控制元件，能在线圈的一部分中流过励磁用的电流。
[0020]可以具有在对线圈励磁时所使用的匝数不同的2个模式。通过在励磁时使第3开关元件导通，能选择电流上升快的模式。
[0021]第I开关元件、第2开关元件、第I电流控制元件及第2电流控制元件可以是针对定子的各相分别设置的。线圈的励磁期间非重复的多个相的第I开关元件或第2开关元件可以被共用。由此，能削减开关元件的数量。
[0022]本发明的另一方案也是一种磁阻电机的驱动电路。该驱动电路是包括具有多个突极的定子和具有多个突极的转子的磁阻电机的驱动电路，包括:第I路径，在定子或转子的突极上所缠绕的线圈中，流过从连接于电源的正极侧的高侧基准线经由线圈的至少一部分而朝向连接于电源的负极侧的低侧基准线的电流;第2路径，流过从低侧基准线经由与线圈的所述至少一部分不一致的不同的一部分而朝向高侧基准线的电流；以及切换装置，切换第I路径和第2路径的连接。第2路径的电感在第I路径的电感以下;在第I路径和第2路径中，在线圈内流动的电流的朝向是相同的。
[0023]根据该方案，能减小消磁路径的电感，能缩短至电流消失的时间。因此，能确保较长的励磁时间，能改善输出特性。
[0024]本发明的另一方案是一种磁阻电机系统，其具备:包括具有多个突极的定子和具有多个突极的转子的磁阻电机;以及驱动磁阻电机的上述驱动电路。
[0025]根据该方案，能构筑既抑制驱动电路规模的増大，又改善了输出特性的磁阻电机系统。
[0026]需要说明的是，将以上构成要素的任意组合、本发明的表现形式在电路、装置、系统等间变换后的方式，作为本发明的方案也是有效的。
[0027]〔发明效果〕
[0028]通过本发明，能既抑制电路规模的増大，又改善磁阻电机的输出特性。
【附图说明】
[0029]图1的(a)、图1的(b)是表示比较例的SR电机的构成的图。
[0030]图2是表示驱动图1的(a)和图1的(b)的SR电机的比较例I的驱动电路的电路构成的图。
[0031]图3是表示图2的驱动电路的动作定时的图。
[0032]图4是表示驱动图1的(a)和图1的(b)的SR电机的比较例2的驱动电路的电路构成的图。
[0033]图5是表示图4的驱动电路的动作定时的图。
[0034]图6的(a)、图6的(b)是表示本发明实施方式的SR电机的构成的图。
[0035]图7是表示驱动图6的(a)和图6的(b)的SR电机的实施例1的驱动电路的电路构成的图。
[0036]图8是表示图7的驱动电路的动作定时的图。
[0037 ]图9是表示驱动图6的(a )、图6的(b)的SR电机的实施例2的驱动电路的电路构成的图。
[0038]图10是表示图9的驱动电路的动作定时的图。
[0039]图11是表示驱动图6的(a)和图6的(b)的SR电机的实施例3的驱动电路的电路构成的图。
[0040]图12是表示图11的驱动电路的动作定时的图。
[0041]图13的(a)、图13的(b)是对比较例的线圈电流和本实施方式的线圈电流的变化进行比较的图。
[0042 ]图14是表示图7所示的驱动电路的变形例I的图。
[0043]图15是表示图7所示的驱动电路的变形例2的图。
[0044]图16是表示驱动图1的(a)和图1的(b)的SR电机的比较例3的驱动电路的电路构成的图。
[0045]图17是表示图16的驱动电路的动作定时的图。
[0046]图18是用于说明图16的驱动电路的技术问题的图。
[0047]图19是表示驱动图1的(a)和图1的(b)的SR电机的实施例4的驱动电路的电路构成的图。
[0048]图20是表示图19的驱动电路的动作定时的图。
[0049]图21是表示驱动图6的(a)和图6的(b)的SR电机的实施例5的驱动电路的电路构成的图。
[0050]图22是表示图21的驱动电路的动作定时的图。
[0051 ]图23是表示驱动图6的(a)和图6的(b)的SR电机的实施例6的驱动电路的电路构成的图。
[0052]图24是表示图23的驱动电路的动作定时的图。
[0053]图25是表示驱动图1的(a)和图1的(b)的SR电机的实施例7的驱动电路的电路构成的图。
[0054]图26是表示图25的驱动电路的动作定时的图。
[0055]图27是表示驱动图6的(a)和图6的(b)的SR电机的实施例8的驱动电路的电路构成的图。
[0056]图28是表示图27的驱动电路的动作定时的图。
[0057]图29是表示变形例2的变形例的驱动电路的电路构成的图。
[0058]图30的(a)- (c)是对图2、图15、图29所示的驱动电路的输出特性进行比较的图。
【具体实施方式】
[0059]以下将参照【附图说明】本发明的实施方式。在附图的说明中，对相同的要素标注相同的标号，并适当省略重复的说明。另外，以下所述的构成只是例示，并非对本发明的范围进行某种限定。
[0060]图1的(a)、图1的(b)是表示比较例的SR电机100的构成的图。SR电机100是由等间隔地具备多个突极的定子10和等间隔地具备多个突极的转子20组合构成的。图1的(a)和图1的(b)中示出了由8极的定子10和6极的转子20构成的SR电机100的例子。定子10的各突极(例如由铁芯形成)上缠绕有线圈。在该例中，相对的错开180度的2个突极上缠绕有I个线圈，被进行4相驱动。图1的(b)表示了Q相线圈Lq、R相线圈Lr、S相线圈Ls及T相线圈Lt的缠绕方式的一例，图1的(a)表示了各突极上所缠绕的Q相线圈Lq、R相线圈Lr、S相线圈Ls及T相线圈Lt的剖面。
[0061]需要说明的是，SR电机100并不限于以8极的定子10和6极的转子20进行4相驱动的类型，还有以6极的定子10和4极的转子20进行3相驱动的类型、以4极的定子10和2极的转子20进行2相驱动的类型等各种各样的类型。此外，也可以是在转子的突极上具备线圈的结构。此时，需要具备用于给线圈供电的电刷、集电环等。
[0062]转子20由电磁钢板等软磁性的素材构成。通常，转子20的极数被设计得与定子1的极数不一致。由此，能规避所有极都一致所引起的无旋转力状态。在SR电机100中，基于对定子10的突极上所缠绕的线圈通电而产生的磁阻转矩，转子20的突极被吸引，转子20旋转。[0063 ]图2是表示驱动图1的(a )、图1的(b)的SR电机100的比较例I的驱动电路200的电路构成的图。SR电机100的驱动电路200具有桥电路部210及栅极控制电路220。需要说明的是，在本说明书中，将SR电机100与驱动电路200的组合称作电机系统。
[0064]在桥电路部210中，在直流电源El的正极侧所连接的高侧基准线HL(电源电位线)与直流电源El的负极侧所连接的低侧基准线LL(地线)之间，配置SR电机100的Q相线圈Lq、R相线圈Lr、S相线圈Ls及T相线圈Lt。
[0065]在Q相线圈Lq的第I端(上端)与高侧基准线HL之间，设置Q相第I开关元件Mql。在Q相线圈Lq的第2端(下端)与低侧基准线LL之间，设置Q相第2开关元件Mq2。在比较例I中，作为Q相第I开关元件Mql和Q相第2开关元件