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JP2677330B2 - ブラシレス電気機械装置 - Google Patents

ブラシレス電気機械装置

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Publication number
JP2677330B2
JP2677330B2 JP5502820A JP50282092A JP2677330B2 JP 2677330 B2 JP2677330 B2 JP 2677330B2 JP 5502820 A JP5502820 A JP 5502820A JP 50282092 A JP50282092 A JP 50282092A JP 2677330 B2 JP2677330 B2 JP 2677330B2
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electromechanical device
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brushless
stator
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JP5502820A
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クラット・フレデリック・ダブリュ
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クラット・フレデリック・ダブリュ
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
    • H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022—Synchronous motors
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  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 本願は「電気機械装置」と称する係属出願第07/73180
4号の一部継続出願である。
発明の分野 本願発明は、ブラシレスの電気機械装置，すなわち、
ブラシレス励磁装置を含む電気機械装置に関するもので
ある。
従来技術の説明 米国特許出願第3,467,844号,3,239,701及び3,956,629
号は、基本的な同期機を開示しており、この同期電動機
の回転子は直流（DC）電源からの電流の供給を受けてお
り、これによって、スリップリングと刷子の使用を不要
とする。しかしながら、これらの出願特許の同期機の可
能な回転数はただ一種類だけである。
第２の回転子／固定子の組み合わせを有する従来の装
置は一般的には多相装置ではなかった。しかも、この従
来装置は回転子に整流によって得られた直流電流を供給
していた。また米国特許出願第4,459,530,4,634,950号
は電動機又は発電機として機能する電気回転装置を開示
している。これらの出願特許に開示されている装置は平
衡位相式同期電動機としても、また同期発電機としても
機能し得る平衡位相式電気機械を含んでいる。
本願発明の目的は、電動機としてもまた発電機として
も、ただちに機能し得る改善されたブラシレスの電気機
械装置を提供することにある。
発明の要約 前述とその他の目的は、本願発明による電気機械装置
によって容易に達成することができる。本願発明におけ
る回転の概念は本願の動作を説明するために用いられる
が、また、リニアの概念も同じように適用することがで
きる。リニアの場合は、説明の中で用いた「回転子」を
言う用語は「可動子」としての置き換え、「回転するこ
と」は「動く」で置き換えなければならない。本願発明
は可動子と固定子とを含んでいる。また、本装置は第１
のペアをなす巻線と第２のペアをなす巻線によって形成
される回路を含んでいる。第１ペアの巻線は空隙を挟ん
で分離されている。これらの巻線は可動子を回転させる
ためのトルクを発生する。これらのペアをなす巻線は可
動子上と固定子上の巻線を含んでいる。第２ペアの巻線
も、空隙を挟んで分離されており、第１ペアの巻線の励
磁を変化するために用いられ、第１ペアの巻線の場合と
同様、可動子上の巻線と、固定子の巻線を有している。
本電気機械装置の回路は、ペアを成す巻線のうちの片
方の巻線に、少なくとも１つの変調された搬送信号を供
給するための変調器を設けている。また、復調器が設け
られていて搬送波を復調し、この復調信号を１つの巻線
に送る。各々の巻線は別々の位相巻線で形成されること
が好ましい。特に、各巻線には別々の位相励振信号が供
給されることが好ましい。
巻線は変調器と巻線に電力を供給する手段によって付
勢される。そこで、もし、一組の巻線ごとに３個の巻線
を設けているとすれば、３個の巻線のうちのそれぞれの
巻線はそれぞれ固有の位相信号が供給されるであろう。
さらに、第１ペアの巻線のうちの可動子上の少なくとも
１個の巻線は、この巻線に対応する第２ペアの巻線のう
ちの可動子上の巻線に供給される信号とは異なる位相の
信号が供給されるであろう。これと同様に、固定子上の
第１ペアの巻線のうちの少なくとも１個の巻線は、この
巻線に対応する第２ペアの巻線のうちの可動子上の巻線
に供給される信号とは異なる位相の信号が供給されるで
あろう。
１つの実施例によれば、電力供給手段は、さらに、異
なった位相の交流電流を供給するための電源を有してい
る。また、この電力供給手段はさらに、双方向電力スイ
ッチを有していて、それぞれの位相の信号をそれぞれの
巻線に接続し、位相信号と同数の信号を設けることが好
ましい。しかしながら、スイッチの数が位相信号の数よ
り少ない場合があり、この場合はスイッチ操作制御のた
めのプロセッサを設けてもよい。また、このプロセッサ
手段に本電気機械装置のためのその他の有益な機能を含
ませるようにすることもできる。
この電気機械装置はペアを構成する巻線のうちの片方
のペアの巻線への電力供給手段に、少なくとも１個のバ
イパスキャパシタを接続してもよい。このバイパスキャ
パシタは回路構成要素間の結合を低減し、且つ、好まし
くない過渡現象を瀘波する。バイパスキャパシタの数は
固定子上の第１のペアの巻線が固定子上の第２のペアの
巻線と直列接続になっているか、並列接続になっている
かによる。キャパシタのキャパシタンスの大きさはユー
ティティ電源の周波数で回路が共振するように選び、米
国では60Hzである。この電気機械装置は、これらのバイ
パスキャパシタンスのほかに、電源供給手段の電力をオ
ンオフ切り替えのための共振切り替え装置を設けること
もできる。また、共振切り替え装置はバイパスキャパシ
タの他に共振キャパシタを設けることもできる。
図面の説明 図１は、本願発明の電気機械装置の電気的概略図を示
す。
図２は、従来の単相回転電気機械を示す。
図３は、従来の平衡２相式、滑らなか空隙を有する回
転電気機械を示す。
図４は、本願発明の回転子励磁用発電機の電気的概略
図を示す。
図5aは、本願発明の第１実施例の電気的概略図を示
す。
図5bは、本願発明の第２実施例の電気的概略図を示
す。
図5cは、本願発明の第３実施例の電気的概略図を示
す。
図６は、本願発明の第４実施例の電気的概略図を示
す。
図７は、本願発明の電気機械装置の共振切り替えを実
行するために必要な主要構成要素を示すブロック図であ
る。
図8aは、本願発明の電気機械装置の第５の実施例とし
て、固定子巻線が直列に接続された場合のブロック図を
示す。
図8bは、本願発明の電気機械装置の第５の実施例とし
て、固定子巻線が並列に接続された場合のブロック図を
示す。
図９は、本願発明の電気機械装置の第６の実施例とし
て、直流電流巻線又は永久磁石アセンブリを用いた場合
のブロック図を示す。
実施例の詳細な説明 以後、本願発明の並列接続の実施例について説明する
こととし、まず、図１を参照して説明する。本願発明の
電気機械装置は固定子12で囲まれた回転子10を設けてい
る。回転子10は図１の破線で示すように、中心軸11のま
わりに回転する。固定子12は３相固定子巻線16を設けて
おり、図１に示すようにwye結線となっている。巻線16
は、接続線17を介して変調器14の高周波変調出力信号で
励振される。この変調器は接続線20によって接続された
直流電源で付勢される。同様に交流電源に接続してもよ
い。変調器は接続線22,24,26を介してそれぞれ1,2,3相
の信号を受ける。
固定子12は固定子位相巻線28を有しており、３層巻線
28a,28b,28cで構成されており、wye結線となっている。
巻線28a,28b,28cはそれぞれ個別の交流電流源の位相1,
位相2,位相３に接続されている。巻線28aは接続線30を
介して位相１の電流源に、巻線28bは接続線32を介して
位相２の電流源に、巻線28cは接続線34を介して位相３
の電流源に接続されている。固定子10は２組の巻線26と
38を備えている。巻線36の構成と寸度は固定子12の巻線
16のそれと同じであり、同様に巻線38の構成寸度は固定
子12の巻線28のそれと等しい。
上述の構成要素は２つのカテゴリに分類される。第１
のカテゴリはパワジェネレータと電動機（PGMと呼ぶ）
であって、機械的パワーと回転子駆動のためのトルク発
生のためのものである。このPGMは巻線28と38を有して
いる。これは通常の３相誘導電動機に類似しているかも
知れない。しかしながら、このPGMは通常の回転子励磁
手段もしくは、滑動導電接触機構を持たず、スリップリ
ングを設けていない。
第２のカテゴリは回転子励振ジェネレータ（REGと呼
ぶ）であって、PGMの巻線38を電気的に励振する。REGを
構成する要素は変調器14,巻線16,36と復調器40である。
巻線36と16は高周波回転変圧器を構成する。以降これを
HFRTと呼ぶ。REGがどのようにしてPGMの巻線38を励振す
るかにつれて詳述する。本電気機械装置の動作の概要を
図１を用いて説明する。位相1,位相2,位相３の交流電流
信号は固定子12の巻線28を励振し、この励振が固定子10
の巻線38の励振を誘起する。この励振によって発生した
磁場は、従来からの周知の３相巻線型誘導電動機と同じ
ように、回転子10を回転させるためのトルクを発生す
る。しかしながら、従来型の電動機と違って本本願の装
置はREGの部分を有している。
このREGの部分は巻線38の励振電圧を上昇もしくは下
降させることも可能であり、回転子回転速度により巾広
いダイナミックレンジを与えることができる。この電圧
の上昇下降は変調器14から固定子12のREG巻線16に変調
された信号を供給することによって行われる。即ち、巻
線16の励振によって固定子の巻線36に励振が誘発され復
調器40に送られる。この変調された信号は搬送波を含ん
でおり、この搬送波は符号化され、変調された信号を搬
送する。即ち、３つの個別の変調信号を搬送し、位相12
0゜間隔であって、平衡３相のオペレーションであっ
て、それぞれの変調信号が巻線36のそれぞれ該当する巻
線を励振する。
変調器は搬送波の該当符号化信号のみが巻線38を通過
するように搬送波を復調する。この情報信号は符号化さ
れた情報と同様に電力をも送ることに注目すべきであ
る。この情報信号は巻線38の励磁を変え、この励磁の変
化によって上述の回転速度の上昇又は下降を引き起こ
す。さらに、固定子変調の周波数と位相は回転子変調に
変換され、その周波数と位相は、回転子の機械的回転速
度と位置と同様に、固定子変調の電気的周波数と位相の
関数である。図１によれば、変調器14と復調器40はそれ
ぞれ固定子12と回転子10上に示されているもの、変調器
14、復調器40の位置を逆にしてそれぞれ回転子と固定子
上にあってもよい。以上の説明では、単一搬送波信号を
用いたが複数の搬送波信号であってもよく、特に、これ
は平衡複数位相であってもよい。この場合、３相HFRTの
各々の巻線はそれぞれの搬送波で駆動される。搬送信号
の変調は位相がシフトされた状態に存続させるであろ
う。
古典的な滑らかな空隙の平衡２相回転電気機械に、本
願発明を適用した場合を数学的解析を用いて展開説明す
る。この解析によって本願発明のいくつかの新規な特徴
の説明が分かりやすくなるであろう。まず、簡単な単相
回転電気機械から始めるのが分かりやすい。図２にこの
ような簡単な単相回転電気機械の概略図を示す。この機
械は滑らかな空隙を有する機械であると特定することに
する。これによって、各々の巻線から見た磁気回路は、
回転子位置に無関係であると限定することができる。
この種の電気機械の一般化された磁束の関係式は Fs＝LsIs（ｔ）＋Msr（Ｑ（ｔ））Ir（ｔ）； （式１） Fr＝LrIr（ｔ）＋Msr（Ｑ（ｔ））Is（ｔ）； （式２） 但し、ｔは時間 Fsは固定子巻線の全洩漏磁束 Frは回転子巻線の全洩漏磁束 Lrは回転子巻線の自己誘導 Lsは固定子巻線の自己誘導 Ｑ（ｔ）は固定子と回転子巻線の軸まわりの角度変位
瞬時値 Msr（Ｑ（ｔ））は回転子と固定子巻線の相互誘導 Ir（ｔ）とIs（ｔ）は回転子と固定子のポート電流値 簡単な単相電機の一般化された間係は Is（ｔ）＝IsCOS（Wst＋Qs）； （式３） Ir（ｔ）＝IrCOS（Wrt＋Qr）； （式４） 但し、 Is（ｔ）は固定子のポート電流を表す。
Ir（ｔ）は回転子のポート電流を表す。
Isは固定子電流の振巾を表す。
Irは回転子電流の振巾を表す。
Wsは固定子電流の角周波数を表す。
Qsはユーティリティソースに相対的な角度位相変位 ｔは時間 COS（Wst＋Qr）は（Wst＋Qr）のcosine ターミナル電圧の関係式は、次式で示される Vs（ｔ）＝（d/dt）（Fs）； （式５） Vr（ｔ）＋（d/dt）（Fr）； （式６）但し、 Vs（ｔ）は固定子のポート電圧 Vr（ｔ）は回転子のポート電圧 Fsは固定子の磁束 Frは回転子の磁束 （d/dt）（Fs）は関数Fsの時間に関する微係数 トルクの関係式は トルク＝Ir（ｔ）Is（ｔ）（d/dQ）（Msr）； （式７） 但し、 Msrは固定子と回転子との間の相互誘導を表す。
（d/dQ）（Msr）は関数Msrの角度変位に関する微係数
を表す。
以上の単相機の関係式から２相で滑らかな空隙を有す
る（図３のような）回転電機の関係式を導出することが
できる。単相機の一般化された関係を修正することによ
って、２相機のターミナル関係は次のように表される。
ターミナル電圧の関係式は Vas＝IasRas＋（d/dt）（Fas）； （式８） Vbs＝IbsRbs＋（d/dt）（Fbs）； （式９） Var＝IarRar＋（d/dt）（Far）； （式10） Vbr＝IbrRbr＋（d/dt）（Fbr）； （式11） ターミナル電流（平衡）の関係式は Ias＝IsCOS（Wst＋Qs）； （式12） Ibs＝IsCOS（Wst＋Qs）； （式13） Iar＝IsCOS（Wrt＋Qr）； （式14） Ibr＝IsCOS（Wrt＋Qr）； （式15） ターミナル磁束関係式は Fas＝LasIas＋MarCOS（Ｑ）Iar−MbrSIN（Ｑ）Ibr;（式
16） Fbs＝LbsIbs＋MbrSIN（Ｑ）Iar＋MbrCOS（Ｑ）Ibr;（式
17） Far＝LarIar＋MasCOS（Ｑ）Ias＋MbsSIN（Ｑ）Ibs;（式
18） Fbr＝LbrIbr−MasCOS（Ｑ）Ias＋MbsCOS（Ｑ）Ibs;（式
19） トルクの関係式は To＋Is（ｔ）Ir（ｔ）（d/dQ）（相互誘導）＝ Ｍ［（IarIbs−IbrIas）COS（Ｑ）−（IarIas ＋IbrIbs）SIN（Ｑ）； （式20） 但し、（d/dQ）（相互誘導）は相互誘導の変位に関す
る微係数を表す。
Wsは電力源の角周波数 Ｑは回転子と固定子巻線の電気機械軸間の瞬時角度位
置 Ｑ＝Wmt＋Ql; 但し、Wmは回転子の「見かけの」機械角速度（これは
以下に述べる） ｔは時間 Qlはある与えられた角速度と時間における回転子と固
定子巻線間の相対的角度位置。
Ras,Rbs,Rar,Rbrは各々巻線配設に伴う損失（渦電流損
失，抵抗損失等） この機械は平衡位相故、 Ras及びRbs＝Rs;Rar and Rbr＝Rr MarCOS（Ｑ）,MbrSIN（Ｑ）,MasCOS（Ｑ）， 及びMbsSIN（Ｑ），は各巻線と他のいずれの非クオド
ラチュア巻線（定義により非クオドラチュア巻線は、相
互磁気回路を持たない）との相対的な相互誘導を表す。
相互誘導は位置の関数である。この検討は滑らかな空隙
と平衡位相の電気機械についてであるから Mar＝Mbr＝Mas＝Mbs＝NsNrLm; 但し、Nsは各々の固定子巻線の巻回数である。
Nrは各々の回転子巻線の巻回数である。
Lmは回転子と固定子巻線を相互に連結する磁気回路の
パーミアンス（コア磁気抵抗の逆数）に関連する。
パーミアンス又は、その逆数の磁気抵抗は（空隙を含
む）磁性材料の誘磁率と電気的巻線を連結する相互磁路
の「物理容積」（と他の物理的ディメンション）の関数
である。
LbrとLarは回転子巻線の自己誘導である。LbsとLasは
固定子巻線の自己誘導である。滑らかな空隙の機械につ
いて検討している故、自己誘導は回転子位置の関数では
なく、２つの成分に分解できる。１つの成分はLmであっ
て、これは相互磁路のパーミアンスに関係しており、他
の成分Llx（但し、ｘは“r"又は“s"に読み変えて、そ
れぞれ回転子、固定子を表す）は（Lmに起因する磁気回
路以外の）残余の磁気回路のパーミアンスに関係してい
る。
Las＝Lbs＝NsNsLm＋NsNsLls Lar＝Lar＝NrNrLm＋NrNrLlr 漏洩誘導はトルク発生にはなんら関与しないものの、
電気機械の力率を低下させる。よって、トルクを発生さ
せる電気機械はいかなるものであっても、漏洩磁束は最
低限にとどめなければならない。不幸にして、すべての
電気機械は可動部と固定部間の空隙が必要であって、こ
れがこの種の機械の漏洩誘導の要因である。これから説
明するとおり本願発明によって、この漏洩誘導をキャン
セルすることができる。
見掛けの Wr＝Ws−Wmとおいて式８〜11を解くと、 Vas＝−［WsLsIsSIN（Wst＋Qs）＋WsMIrSIN（Wst＋Qr ＋Ql）］＋RasIsCOS（Wst＋Qs）； （式21） Vbs＝WsLsIsCOS（Wst＋Qs）＋WsMIrCOS（Wst＋Qr＋Ql） ＋RasIsSIN（Wst＋Qs）； （式22） Var＝−［WrLrIrSIN（Wrt＋Qr）＋WrMIsSIN（Wrt＋Qs −Ql）］＋RarIrCOS（Wrt＋Qr）； （式23） Vbr＝WrLrIrCOS（Wst＋Qr）＋WrMIsCOS（Wrt＋Qs −Ql）＋RarIrSIN（Wrt＋Qr）； （式24） トルク＝MIrIs（［COS（Wrt＋Qr）SIN（Wst＋Qs） −SIN（Wrt＋Qr）COS（Wst＋Qs）］COS（Ｑ） −［COS（Wrt＋Qr）COS（Wst＋Qs） ＋SIN（Wrt＋Qr）SIN（Wst＋Qs）］SIN（Ｑ）） ＝MIrIsSIN［（Ws−Wr−Wm）ｔ＋Qs−Qr−Ql］； （式25） 式25が示すように固定（非変動）トルクは下記条件の
時のみ発生する。即ち、 （Ws−Wr−Wm）0; （式26） この条件下において回転子の運動磁場と固定子の運動
磁場は同期する。その結果、 トルク＝MIrIsSIN（Qs−Qr−Ql）； （式27） 先に、式21,22,23,24を導出した時Wrは Wr＝Ws−Wm; と置き、式26は補足する。
さらに、一般化された関係について考えると、式26が
示す関係は一定なトルクが発生するためには、回転子の
電気的周波数は固定子ので電気的周波数から回転子の機
械的周波数（回転速度）を差し引いたのに等しくなるこ
とを示唆している。関係式26におけるWmは回転磁界の電
気的又は磁気的角速度に関係しており、回転子の「眞」
の機械的回転各速度ではない。よって、前にWmは「見か
けの」機械的角速度と呼んだ。「見かけの」機械角
（Qe）と機械角（Qm）の関係は、 Qe＝（P/2）Qm; 但し、Ｐは電（磁）極の数である。
よって、式26は、 Wm＝（2/P）（Ws−Wr）； （式28）となる。但し、式2
8のWmは「眞の」機械角の偏位である。
PGMについても、２相機について、同様の解析を展開
する。関係式を以下に示す。即ち、 PGM（平衡）ターミナル電流の関係は、 Ipas＝IsCOS（Wst＋Qs）； （式29） Ipbs＝IsSIN（Wst＋Qs）； （式30） Ipar＝IrCOS（Wrt＋Qr）； （式31） Ipbr＝IrSIN（Wrt＋Qr）； （式32） PGMのターミナル電圧関係は Vpas＝−［WsLsIsSIN（Wst＋Qs）＋WsMIrSIN（Wst＋Qr ＋Ql）］＋RsIsCOS（Wst＋Qs）； （式33） Vpbs＝WsLsIsCOS（Wst＋Qs）＋WsMIrCOS（Wst＋Qr＋
Ql） ＋RsIsSIN（Wst＋Qs）； （式34） Vpar＝−［WrLrIrSIN（Wrt＋Qr）＋WrMIsSIN（Wrt＋Qs −Ql）］＋RrIrCOS（Wrt＋Qr）； （式35） Vpbr＝WrLrIrCOS（Wst＋Qr）＋WrMIsCOS（Wrt＋Qs −Ql）＋RrIrSIN（Wrt＋Qr）； （式36） PGMの周波数の関係は、（Ws−Wr−Wm）＝0; （式37） PGMのトルク関係は、トルク＝MIrIsSIN（Qs−Qr−
Ql）； （式38） 但し、 Wsは電力供給の電気角周波数である。
Wrは回転子の電気角周波数である。
Wmは回転子の機械的角周波数である。
Qsは固定子信号の電気角度変位である。
Qrは回転子信号の電気角度変位である。
Qlは回転子の機械角度変位である。
ＭはPGMの相互誘導である。
LsはPGMの固定子誘導である。
RrとRsはそれぞれ回転子の固定子の電気抵抗である。
本願発明のPGMの本質はトルク発生にある。よって、
その漏洩誘導（空隙）は可及的に最小限度にとどめるべ
きである。REGの概略図を図４に示し、以下これに的を
絞って説明する。以下、数学的簡易化のため、ダブル側
帯波、サプレスト搬送波振巾変調（DSB）について検討
する。変調された信号の包絡線はｘ（ｔ））の絶対値|x
（ｔ）｜に比例する。但し、ｘ（ｔ）は変調を示す。変
調の負と正の両方の周波数成分搬送波上を伝播する。変
調信号が零と交叉する時は常に変調された波は反転した
位相を持っている。搬送波周波数で変調された信号をサ
ンプリングすることにより、また、変調包絡線の位相反
転を承知していれば（同期平衡変調／復調として知られ
ている復調技術）変調信号の完全な回復が保証される。
REGモデムに対するターミナル電流の関係式は Iras＝IsxCOS（Wst＋Qsx）； （式39） Irbs＝IsxSIN（Wst＋Qsx）； （式40） Irar＝IrxCOS（Wrt＋Qrx）； （式41） Irbr＝IrxSIN（Wrt＋Qrx）； （式42） 変調後の高周波回転変圧器（HFRT）のターミナル電流
の関係式は Iasx＝IsxCOS（Wst＋Qsx）SIN（Wxt）； （式43） Ibsx＝IsxSIN（Wst＋Qsx）SIN（Wxt）； （式44） Iarx＝IsxCOS（Wrt＋Qrx）SIN（Wxt）； （式45） Irbr＝IsxSIN（Wrt＋Qrx）SIN（Wxt）； （式46） 但し、Wsは変調の角周波数であって（角周波数はPGM
に供給する電力源の角周波数に等しい。即ち、（60hz）
（２）（PI）ラジアン。（但し、PIは3.14 ２デジット
に等しい）一般的に、時間に関して固定されている。
Wxは搬送波変調の角周波数である。その大きさは少な
くともWsよりも１桁大きい。即ち、 Wx≫Ws; HFRTのターミナル電圧の関係はPGMの電圧関係式と同
様に展開できる。よって、HFRTの単相の場合についての
み述べることにする。
１相の場合のHFRTの磁束の関係は Fasx＝LsxIasx＋MxCOS（Qx）Iarx−MxSIN（Qx）Ibrx;
（式47） 但し、Qxは回転子巻線と固定子巻線の電気軸間の角度
位置の瞬時値である。
Qx＝Wmt＋Q2 但し、Wmは回転子の角速度 ｔは時間 Q2はある所定の角速度と時間における回転子巻線と固
定子巻線間の角度位置である。
式42から式46までを式47に代入すると、Fasxxは Fasx＝LsxIsxCOS（Wst＋Qsx）SIN（Wxt） ＋MxIrxCOS（Wst＋Qrx＋Q2）SIN（Wxt）； HFRTの変化する磁束にもとづいて電圧の関係式は Vasx＝（d/dt）（Fasx）＝ ＋LsxIsxWxCOS（Wst＋Qsx）COS（Wxt） −LsxIsxWsSIN（Wst＋Qsx）SIN（Wxt） ＋MxIrxWxCOS（Wst＋Qrx＋Q2）COS（Wxt） −MxIrxWsSIN（Wst＋Qrx＋Q2）SIN（Wxt） ところがWx≫Ws故 （d/dt）（Fasx）＝ ＋LsxIsxWxCOS（Wst＋Qsx）COS（Wxt） ＋MxIrxWxCOS（Wst＋Qrx＋Q2）COS（Wxt） HFRTのターミナル電圧の関係は抵抗による電圧降下を
含んでいて次式で示される。
Vasx＝（LsxWx）IsxCOS（Wst＋Qsx）COS（Wxt） ＋MxIrxWxCOS（Wst＋Qrx＋Q2）COS（Wxt） ＋RsxIsxCOS（Wst＋Qsx）SIN（Wxt） 変調後（又は、変調された信号に搬送波信号SIN（W
xt）の「時間でスライスした関数」を掛ける）ターミナ
ル電圧の関係は Vasx＝（1/4）LsxWxIsx［（＋／−）SIN（Wst＋Qsx） −SIN（（Wst＋Qsx）−2Wxt）（＋／−）SIN（Wst＋
Qsx）） ＋SIN（Wst＋Qsx）＋2Wxt）］ ＋（1/4）MxIrxWx［（＋／−）SIN（Wst＋Qrx＋Q2） ＋SIN（（Wst＋Qrx＋Q2）−2Wxt）（＋／−）SIN（（Ws
t＋Qrx＋Q2）） −SIN（（Wst＋Qrx＋Q2）＋2Wxt）］ ＋（1/4）RsxIsx［COS（Wst＋Qsx） −COS（（Wst＋Qsx）＋2Wxt）＋COS（（Wst＋Qsx）） −COS（（Wst＋Qsx）−4Wxt）］ 前出の（＋／−）の選択は同期平衡復調器の使用の結
果としてもたらすものであって、この復調器は「搬送
波」電流又は電圧信号を、それらの振巾の零交叉の時点
でゲートする（即ち、オン又はオフ）ものである。その
結果、負又は正の周波数Wsがサンプリング（又は搬送
波）周波数のユニポーラ半周期で合成される。
2Wxと4Wx等の搬送波の高周波成分による高周波成分の
瀘波後、ターミナル電圧の関係は次式で表される。
Vasx＝（1/2）（LsxWx）IsxSIN（Wst＋Qsx） ＋（1/2）MxIxWxSIN（Wst＋Qrx＋Q2） ＋（1/2）RsxIsxCOS（Wst＋Qsx） 高周波成分は特に共振状態で作動中はREG固有の瀘波
機能で低減でき、またPGMの低周波の固有の瀘波機能で
低減できる。
前述のVasxについて行った解析と同様に、HFRTのター
ミナル電圧の関係式は次のとおりとなる。
Vasx＝（1/2）（LsxWx）IsxSIN（Wst＋Qsx） ＋（1/2）MxIrxWxSIN（Wst＋Qrx＋Q2） ＋（1/2）RsxIsxCOS（Wst＋Qsx）； （式48） Vbsx＝（1/2）（LsxWx）IsxCOS（Wst＋Qsx） ＋（1/2）MxIrxWxCOS（Wst＋Qrx＋Q2） ＋（1/2）RsxIsxSIN（Wst＋Qsx）； （式49） Varx＝（1/2）（LsxWx）IrxSIN（Wrt＋Qrx） ＋（1/2）MxIsxWxSIN（Wrt＋Qsx＋Q2） ＋（1/2）RrxIrxCOS（Wrt＋Qrx）； （式50） Vbrx＝（1/2）（LrxWx）IrxCOS（Wrt＋Qrx） ＋（1/2）MxIsxWxCOS（Wrt＋Qsx−Q2） ＋（1/2）RrxIrxSIN（Wrt＋Qrx）； （式51） 但し、Wsは電力供給の電気角周波数であって、これは
HFRT固定子の変調角周波数である。Wrは回転子変調の電
気角周波数であって、（Ws−Wm）に等しい。Wxは搬送波
変調の電気角周波数である。Qsxは固定子変調の電気角
変位である。Qrxは回転子変調の電気角変位である。Q2
は回転子の機械的角変位である。
MxはHFRTの相互誘導であって、NsxNrxLmxに等しい。
LsxxはHFRTの固定子誘導であって、NsxNsx（Lmx＋L
lsx）に等しい。
LrxはHFRTの回転子誘導であって、NrxNrx（Lmx＋
Llrx）に等しい。
RrxとRsxはそれぞれHFRTの回転子，固定子の電気抵抗
である。
次に、この装置の幾つかの数学的関係式を示す。
a.PGMのトルクはＫ（P/2Ws）（Vin 2/2MxWx）（M/2Ls）
（Ａ）COS（Quser）に等しい。
b.PGMの機械的パワーはＫ（WmP/2Ws）（Vin 2/2MxWx）
（M/2Ls）（Ａ）COS（Quser）に等しい。
c.この装置のアクティヴな電気的パワーはＫ（WmP/2
Ws）（Vin 2/2MxWx）（M/2Ls）（Ａ）COS（Quser）＋Ｋ
（1/8Mx 2Wx 2）（Rr）A2Vin 2に等しい。
d.この装置の全リアクティヴな電気的パワーは−Ｋ（Wm
P/2Ws）（Vin 2/2MxWx）（M/2Ls）（Ａ）SIN（Quser）−
Ｋ（1/8Mx 2Wx 2）（Rr）（（１−WmP/2Ws）WsLL＋Prx）A
2Vin 2に等しい。
e.この装置の力率は （1/8Mx 2Wx 2）（（１−Wmp/2Ws）WsLL＋prx）A2Vin 2 ＋（WmP/2Ws）（Vin 2/MxWx）（M/2Ls）（Ａ）SIN（Q
user） ＝［（PF−１）/PF］［WmP/2Ws）（Vin 2/MxWx）（M/2
Ls）（Ａ）COS（Quser） ＋（1/8Mx2Wx 2）（Rr）AVin 2］； 但し、Wsは電力源の角周波数（ラジアン／秒） Wxは搬送信号の角周波数（ラジアン／秒） Wmは回転子の角周波数（ラジアン／秒） Ｐはこの機械の電力の数 Vinは電力源の電圧振巾 PFはこの機械の電気的力率 MxはREGの相互誘導 ＭはPGMの相互誘導 LsはPGM固定子の自己誘導 LLはPGMの漏洩誘導 Rrは回転子抵抗 prxはREGの搬送波周波数インピーダンス Ａはユーザが選択可能なREG変調の振巾 Quserはユーザが選択可能なREG振巾のコンモン位相ソ
フト Ｋは多相構成の場合の定数 本願発明による電気機械装置に関する以上の検討にも
とづいて、本装置の新規な特徴について、さらに詳しく
吟味することは有益なことである。そこで変調器14を用
いた変調の構想に的を絞って吟味することにする。電気
変調器はコンモンなパルス巾変調（PWM）を用いて、こ
れにさらに共振切り替え等の能率向上と、技術向上とを
目ざした機能追加も可能である。さらに、マトリックス
切り替え振巾変調、周波数変調等の前述に代わる変調の
構想も、本願発明にとって実行可能な変調のアプローチ
である。事実、どんな変調手段であっても、成功裡に電
力情報を伝達できる手段は本願発明の実行可能な候補で
ある。なお、パルス密度変調の採用も考えられ、共振切
り替え技術を採用する場合、この変調方式が多分ベスト
の選択となるであろう。
本願発明の電気機械装置への共振切り替え技術の適用
を理解するために、まず本装置に存在する磁場の状態の
把握が有効であり、単一位相搬送波を採用した場合につ
いて考えることにする。
特にPGMにおける同期して動く磁場の場合と違って、R
EGの回転子と固定子の磁場は動かないで、単に搬送波周
波数Wxで磁場の振巾が変化するだけである。特にREGの
すべての位相巻線は同相の高周波搬送波信号で励振され
るだけである。搬送信号の周波数は変調信号のそれに比
例して著しく高いので、REGの回転子はこの搬送波信号
によって発生した磁場によって殆ど動こうとはしない。
本質的にREGは単相の原理にもとづいて搬送波周波数Wx
で古典的な電気変圧器として作動する。
自己誘導LsxWxとLrxWxで表される自己誘導の有効イン
ピーダンスは、これらの自己誘導項と直列又は並列に共
振キャパシタを設けることによって計画的に修正するこ
とができる。但し、Lsxは高周波（即ち、搬送波周波数W
x）によるREGの作動時における固定子の自己誘導であ
る。搬送波信号は作動周波数は高いので、電気キャパシ
タと共振キャパシタ物理的サイズは小さくてすむ。
共振周波数は （Wx）２＝（Wr）２＝1/（LC） の時に発生する。但し、 Wrはこの回路の共振周波数である。
Ｌは共振回路の誘導 Ｃは共振回路の容量 共振キャパシタCxの直列接続を行うと、前述の自己誘
導項は帯域フィルタとして機能し、その実効インピーダ
ンス項は次式で表される。即ち、 Wr（即ち、共振周波数）において （LxWr−1/CxWr）は零インピーダンスに近づく。
Ws（即ち、ユーティリティ周波数）において （LxWs−1/CxWs）は無限大の容量インピーダンスに近
づく。
Wx（即ち、搬送波周波数）において （LxWx−1/CxWx）は無限大の誘導インピーダンスに近
づく。
同様に、共振キャパシタCxを並列に接続すると自己誘
導項は帯域フィルタとして機能し、その実効インピーダ
ンスは次式で表される。即ち、 Wrにおいて （1/（CxWr−1/LxWr）） は零アドミッタンスに近づく Wsにおいて （1/（CxWs−1/LxWs）） は無限大容量性アドミッタンスに近づく Wxにおいて （1/（CxWx−1/LxWx）） は無限大誘導性アドミッタンスに近づく 以上のことから、共振状態ではREGは帯域フィルタと
して働き、低周波成分（即ち、変調周波数Ws）を阻止し
高周波成分（即ち、搬送波周波数Wx）を通過させ、さら
に搬送波の高周波成分（即ち、2Wx,4Wx,・・・）を阻止
する。この瀘波の効果によって共振切り変え技術は自己
誘導項の効果を顕著に変えることができる。
さらに、各相の作動に付加誘導を導入することによっ
て、REGの漏洩誘導に全面的に依存するよりはむしろ、
共振に必要なキャパシタのサイズを低減するように構成
することも利益をもたらすものである。相互巻線を追加
すると、これらの追加誘導は制限エレクトロニクスの電
流センサとして機能することが可能である。これらの追
加インダクタはKEGの漏洩誘導からは分離しているが、R
EGの構造の中に一体化できる。また共振切り替えの採用
によって、電力半導体のような高周波電気、電子コンポ
ーネントの電気的損失と応力の低減に役立つ。また、こ
のような手法がなければ漏洩誘導容量のような寄生的な
パラメータを、チューニングの取れた電気回路の要素と
して取り込むことができる。
本願発明の新規性としての他の側面は、HFRTとPGMは
１つの例外を除いて、互いに鏡像をなすことである。こ
の１つの例外とはHFRTはPGMより非常に高い周波数で設
計されていることである。即ち、HFRTの物理的な大きさ
はPGMのそれより小さく、また、電気的インピーダンス
ははるかに小さい。PGMとHERTの回転子は同一構造体に
取付けられており、また、同一の機械的位相と速度で動
く。HFRTとPGMは互いに電気磁気的鏡像であるというこ
とは、界磁巻線が同一周波数の多相信号で励振される
と、その大きさに比例して磁場が空隙に亘って同様に分
布することを意味する。また、位相巻線の数と配置が同
一であることが通常のあり方であるが、ここで言ってい
る鏡像は必ずしもこれにこだわらなくてもよい。
図5a,5b,5cは零電流共振切り替えの概念を用いた場合
の、より詳細な電気的概略図を示す。
図5aはユニポーラ同期変調器と復調器を用いた場合の
電気的概略図である。図5aから分かるように回転子10は
wye結線ではなくて、デルタ結線を用いている点を除い
て、図１の巻線38と同じ巻線を用いている。しかもこの
回転子は巻線36を有している。一方固定子は巻線28と巻
線16を有しており、これらの巻線はすべてwyeではなく
デルタ結線されている。
その上、共振キャパシタ52と54がそれぞれ固定子と固
定子10に設けられている。それぞれの共振キャパシタ52
と54はその指定された相の巻線の漏洩誘導とともに、搬
送波周波数Wxを共振周波数とする共振回路を形成する。
これらの共振キャパシタは、このキャパシタと、HFRT回
転子と固定子の漏洩誘導で構成される回路が共振回路と
なるように選択される。共振キャパシタのサイズを小さ
くするために、既に述べたように巻線16と36にインダク
タを直列に（又は並列に）追加することもできる。固定
子上のキャパシタ56と回転子上のキャパシタ58は低周波
成分（即ち、ユーティリティ周波数,Wx）を阻止する。
しかしながら、これらのキャパシタは絶対的に必要とす
るものではない。その理由はHFRT電圧と電流は機械的速
度とは関係なく、常時パワグリッドに参照され、同期さ
れているからである。最後に、回転子上のキャパシタ60
は高周波成分（即ち、搬送波周波数wx）をバイパスする
ものである。これらもまた、同様に必須構成要素でな
い。この回路の若干のバリエーションを図5a,5c,5d,6,7
に示しておくが、これらは回路的完全性のために、例え
ばフライバックダイオード等の付加要素を必要とするで
あろう。
スイッチ62と64がそれぞれ固定子12と回転子10に設け
られている。これらのスイッチは双方向パワスイッチで
あって、高周波搬送波に作用してユニポーラ同期変調と
復調を行い、低周波成分を再生し、通過させる。パワス
イッチ62と64の搬送周波数におけるオンオフ時間を適正
に選択することによって、共振回路に蓄積されたエネル
ギーを回転子巻線38に通過させることができる。これら
のスイッチはスイッチ制御手段50aと50bによって、それ
ぞれ固定子、回転子に関して制御される。
図5bは本装置がバイポーラ同期の変調と復調を用いた
場合のバイポーラ構成を示す。巻線16がペアを成して巻
線36として構成されていることを除いて、図１の構成と
類似している。固定子12の各々の巻線16は中間タップと
なっていて、１組の双方向スイッチ70で駆動される。各
双方向パワスイッチ70は従来の電力半導体装置、例えば
CSR又はMCTを２個逆極性接続で、並列又は直列に接続す
る等の手法で実現できる。共振技術の採用によって双方
向パワスイッチ70は、搬送波信号の零交叉電圧（又は電
流振巾）において極性を切り替える。ある与えられた回
路において、各双方向スイッチ70はオンを維持する。搬
送波周期角に１回、そして搬送波に対する電流と電圧振
巾の零交叉の間の搬送波周期の部分でオンを維持する。
同様にスイッチ72が巻線36に設けられており、スイッチ
70とは搬送波周期の半サイクルの反対側にある。
共振キャパシタ76と78がそれぞれ固定子12と回転子10
上に設けられている。また、これらのキャパシタ76と78
はそれぞれに対応する双方向スイッチ70と72のコミュテ
ーションキャパシタとしても作用する。キャパシタ56,5
8,60も同様の役目を持っており、その相手方は図5aに示
しているように構成されるが、これの採用はオプショナ
ルである。ここでも再びスイッチはそれぞれ制御手段50
aと50bで制御される。
図5cは他の実施例を示し、零電圧共振スイッチングを
用いたバイポーラ構成を採用している。この実施例はwy
e結線のPGM巻線28と38を備えている。また、さらにREG
のHFRTのためにwye結線の巻線16と36を有しており、そ
れぞれ双方向スイッチ84と86を設けている。回転子上の
巻線36に隣接するスイッチは回転子パワスイッチ制御手
段80によって制御されるが、固定子上の巻線16に隣接す
るスイッチ84は固定子パワスイッチ制御手段82に制御さ
れる。図5cに示すように固定子上にキャパシタ88が、ま
た回転子上にキャパシタ90が設けられている。
これに代わる他の実施例を図６に示す。この実施例は
ユニポーラ、又はバイポーラのいずれの実施にも適用さ
れる。図６はユニポーラの場合を示す。この配置による
と、REG固定子巻線36はPGM固定子巻線38と直列接続にな
っている。さらにPGM用のインダクタ16は固定子に設け
られていてwye結線ではない。むしろ非接続の形態でそ
れぞれPGM固定子巻線28に直接接続されている。インダ
クタ16は零電圧共振切り替えを用いて、スイッチ94とキ
ャパシタ92に直列に接続されている。上述のごとくスイ
ッチ94はユニポーラスイッチとして図示されているが、
同様にバイポーラスイッチも可能である。
図７は零電圧共振切り替えを用いた回転機を構成する
装置を示す。このブロック図は多相巻線として可能な構
成のうちの１相を示している。回転子側の構成はPGM回
転子巻線38とHFRT回転子巻線36で構成されている。この
装置の回転子側も又、共振インダクタを有しており、こ
のインダクタは一体化された電流センサ100を有してい
る。さらに回転子側は高速エッジと零交叉点検出器とピ
ーク（又はレベル）検出器104aを有しており、これは一
体化された電流センサ100を有する共振インダクタに接
続されている。この検出器はさらに同期復調器制御手段
108に接続されている。復調器制御手段108はスイッチ11
6を制御する。スイッチ116は双方向パワスイッチであっ
て、搬送波信号の零交叉点でトリガされる。スイッチ11
6を有する回路はさらにキャパシタ118を有しており、こ
のキャパシタは回転子共振キャパシタである。電流の
「状態」検出器について述べたが、電圧の「状態」につ
いても同様に適用できる。
この装置の固定子側も多くの回転子側と同種のコンポ
ーネントを有している。例えば、固定子側はPGM固定子
巻線28とHFRT固定子巻線16と、また、さらに一体化され
た電流センサ102を有する固定子共振インダクタも有し
ている。なお、さらに高速エッジと零点交叉検出器104b
と、双方向パワスイッチ114と共振キャパシタ120を有し
ている。
しかしながら、固定子側はCPUモジュール110に接続さ
れたデルタタイムジェネレータ106を含んでおり、この
点回転子側と相違している。このCPUモジュール110は次
に変調器112に接続されており、この変調器はパルス密
度変調（PDM），周波数変調（FM），パルス巾変調（PW
M）又は他の変調方式であっても、それが電気的情報と
電力を搬送できるものであれば何を用いてもよいであろ
う。
この装置の共振回路は共振インダクタ100,102とキャ
パシタ118と120で構成されている。共振回路の動作を理
解するためには初めにCPUモジュール110の動作を吟味す
るのが効果的である。CPU110は変調器112の実行する変
調の重みを選択する。また、さらに搬送波信号の周波数
を選択しパワスイッチ114のオンオフ時間を制御する。C
PUはこの制御情報をパラメータとして変調器112に送
る。引き続いてこの変調器は供給されたパラメータにも
とづいてパワスイッチを開く、又は閉じ、そして適切な
変調信号を送る。
パワスイッチの開閉はインダクタ102の電流検出巻線
に２次の作用が発生する。搬送波信号の零交叉点の前に
スイッチが閉じている場合は、電流上のインパルス（高
速エッジ）が電流センサ104b上に現れる。周波数が固有
周波数より非常に大きい時は高速エッジと見做す。すべ
ての場合において電流検出信号が共振キャパシタ120両
端の電圧信号に続き、零と電圧信号と交叉する。高速エ
ッジと交叉点検出器104bはスイッチが零交叉点と一致し
て切り替えられることを確実にする。この高速エッジと
零点交叉の情報は、検出器104bによってデルタタイムジ
ェネレータ106に供給される。デルタタイムジェネレー
タ106は高速エッジと零点通過間のタイムカウントを発
生する。次に、この情報はCPU110によって処理され、パ
ワスイッチの切り替え時間を修正するために、変調器11
2への情報と共にパルスの修正を行う。よってターンオ
ン（とターンオフ）コマンド間の回路に固有な遅延の補
正と修正を行って、実際のパワスイッチの応答が達成で
きる。また、より低速、価格低廉な電子／電気部品の利
用が可能になるであろう。
共振キャパシタ又はインダクタ（寄生的インピーダン
スと同様に）はパワスイッチ（半導体）のオンオフ動作
によって共振回路へ、又は共振回路からの切り替えが効
果的に行われる。その結果、パワスイッチのオンオフ時
間を適正に選択することによって、回路の共振周波数は
アクティヴに変えることができる。
本質的に変調器の周波数は実質的に共振周波数に等し
くなければならない。しかし、先程述べたとおり、共振
周波数は調整可能である。共振周波数を変化させること
は、例えば電気機械装置の力率を調整可能とするような
重要な効果を持っている。この概念は先程の数学的考察
から推論できる。
同様な効用が本装置の回転子側にも発生す。特に回転
子側はそれ自身の高速エッジと零交叉検出器104aを持っ
ており、この検出器は検出器104bについて既に述べたの
と同様に、復調器制御手段108に情報を供給する。上述
と同様にして復調器制御手段は零交叉点一致のために、
回転子パワスイッチのオンオフを行うための予測時間を
調整することができる。このようにして、同期復調器10
8はスイッチを零交叉点に合わせて動作させることがで
きる。
図8aと8bに図７開示の実施例と類似しているが、これ
に代わる他の実施例を示す。即ち、図8aと8bの実施例は
バイパスキャパシタ130,132,136,138とスイッチ134a,13
4b,134cを用いている点図７と異なっている。これらの
バイパスキャパシタ130,132,136,138とスイッチ134a,13
4b,134cは本願発明の電気機械装置として要求されるも
のではないが、むしろ本装置の性能向上のために採用可
能なものである。図8aのキャパシタ130,132,136,138は
巻線と直列接続になっている。これとは対照的に図8bで
はバイパスキャパシタが並列に接続されている。
バイパスキャパシタ130,132,136,138はユーティリテ
ィライン用の瀘波と蓄積を提供する。そして、スパイク
と好ましくない信号を瀘波する。130,132,136,138のよ
うなバイパスキャパシタの他の応用は十分に知られてい
る。このようなキャパシタは高周波における低インピー
ダンス電圧供給源による供給ラインを作るのに役立ち、
回路間の信号の結合の防止にも役立つ。このキャパシタ
は従来の品物でもよいが、その容量はバイパスされるも
のよりもインピーダンスが低くなるように選択すること
に注意しなければならない。既に前の方で述べておいた
が共振回路がACユーティリティ電力供給源の周波数で共
振するように共振回路を設定してもよい。
図8bではバイパスキャパシタとして130と132だけが用
いられている。この場合は固定子上のPGMとREG巻線の直
線接続がないから並列接続の構成においてバイパスフィ
ルタの必要な数はより少なくてよい。
一般的に並列接続の場合、PGMの端子間に直列接続の
場合はREGの端子間に、又は直列接続の場合、PGMとREG
の両方の端子間にバイパス蓄積キャパシタを追加して接
続してもよい。一般的に、このようなバイパスキャパシ
タは装置の回転子側よりも、むしろ固定子側に設けた方
がそのききめは大きい。
図8aと8bの実施例はスイッチ134a,134b,134cを用いて
いる。これらの各スイッチは図8a,8b内のPH1,PH2,PH3で
示される。それぞれの位相信号に接続される。これらの
スイッチは通常各種の商業用に用いられているのと同様
に「反転スイッチ」として用いられる。これらのスイッ
チは本電動機装置の３相端子のうちの２端子を交換する
ために用いられる。スイッチ134a,134b,134cは電気機械
スイッチでも又は電子スイッチでもよい。反転スイッチ
は本願発明の反転動作にとって本質的に必要とされるも
のではないが、このような反転スイッチの使用によって
電力の定格を低くし、且つ、コスト低減をもたらすこと
ができることに着目されたい。
電気のユーティリティの相の数だけスイッチを用いて
もよいであろう。例えば６相であれば６個のスイッチを
用いる。同様に２相のユーティリティパワーが利用可能
な所ではスイッチはたったの２個ですむであろう。図8a
と8bに示した実施例では電気機械は３相であって、これ
らのスイッチは運動の方向を逆転するためのものであっ
て、これはCPUモジュール10によって実行された。
他のオプションとしての特徴を本願発明に組み入れる
ことは可能であって、これは図8aと8bに示されており、
これはPGM回転子巻線とREG回転子巻線は異なる位相（即
ち、異なった位相PH1,PH2,PH3）に接続してもよいこと
である。例えば、PGM回転子の位相１はREG回転子の位相
１に接続してもよく、又はその代わりにPGM回転子の位
相１はREG回転子の位相２に接続してもよい。これと同
じアイデアは固定子位相巻線にも等しく適用することが
できる。
図９はさらに本願発明の別の実施例を示している。即
ち、図９の実施例はバイパスキャパシタ130と132と直流
巻線アセンブリ（図９の28）を用いる点が図７と異なる
ほかは図７の実施例に類似している。このようにしてこ
の巻線は交流巻線であっても、又は直流巻線であっても
よいことになる。さらに、この巻線はその代わりに永久
磁石アセンブリによって実現してもよい。
本願発明は好ましい実施例に照らして説明したが、こ
の技術分野の技術者であれば、本願の請求項で限定した
発明の精神と範囲から遠く逸脱しない他の実施例につい
ても十分に知り得るものである。

Claims (46)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ブラシレス電気機械装置であって、此の装
    置は、ａ）可動子と、ｂ）固定子と、ｃ）第１のペアを
    成す巻線と、第２のペアを成す巻線と、変調器と、復調
    器を具備して成る回路と、ｄ）前記変調器と、前記ペア
    を成す巻線のうちの１つのペアを成す巻線に電力を供給
    する電力供給手段と、ｅ）電力の供給をオンオフするた
    めの手段を切り替えるための共振切り替えシステムを具
    備して成り、 ｉ）前記第１のペアを成す巻線は、空隙で分離され、前
    記可動子上の巻線と前記固定子上の巻線から成ってお
    り、前記可動子を付勢する力を発生するためのものであ
    り、 ii）前記第２のペアを成す巻線は、空隙で分離されてい
    て、前記可動子上の巻線と固定子上の巻線から成ってお
    り、前記第１ペアの巻線の励振を変化させるためのもの
    であり、 iii）前記変調器は、少なくとも１つの搬送波信号を、
    前記第２のペアを成す巻線に供給し、 iv）前記復調器は、搬送波信号を復調して復調された信
    号を発生し、前記第１のペアを成す巻線に復調された信
    号を供給する ことを特徴とするブラシレス電気機械装置。
  2. 【請求項２】前記第２のペアを成す巻線に電力を供給す
    るための前記電力供給手段に接続された少なくとも１個
    のバイパスキャパシタをさらに具備していることを特徴
    とする請求項１に記載されているブラシレス電気機械装
    置。
  3. 【請求項３】前記固定子上の第１ペアの巻線が、固定子
    上の第２ペアの巻線と直列に接続されていることを特徴
    とする請求項２に記載されているブラシレス電気機械装
    置。
  4. 【請求項４】前記固定子上の第１ペアの巻線が、固定子
    上の第２ペアの巻線と並列に接続されていることを特徴
    とする請求項２に記載されているブラシレス電気機械装
    置。
  5. 【請求項５】前記電力供給手段は、さらに、異なった位
    相の交流電流を供給するための電力供給源と、夫々該当
    する位相信号を該当する巻線に接続するための双方向電
    力スイッチを具備して成ることを特徴とする請求項１に
    記載されたブラシレス電気機械装置。
  6. 【請求項６】位相信号と同数のスイッチを有することを
    特徴とする請求項５に記載されているブラシレス電気機
    械装置。
  7. 【請求項７】スイッチの動作を制御するためのプロセッ
    サ手段をさらに具備していることを特徴とする請求項５
    に記載されているブラシレス電気機械装置。
  8. 【請求項８】前記電力供給手段は、さらに、異なった位
    相の交流電流を供給するための電力供給源を備え、この
    電力供給源から電力の供給を受ける前記巻線は、夫々が
    ユニークな位相信号を受けるための個別の巻線より構成
    されていることを特徴とする請求項１に記載されている
    ブラシレス電気機械装置。
  9. 【請求項９】固定子上の第１ペアの巻線は、直流電流巻
    線であることを特徴とする請求項１に記載されているブ
    ラシレス電気機械装置。
  10. 【請求項１０】固定子上の第１ペアの巻線は、永久磁石
    アセンブリであることを特徴とする請求項１に記載され
    ているブラシレス電気機械装置。
  11. 【請求項１１】固定子上の第１ペアの巻線は、交流電流
    巻線であることを特徴とする請求項１に記載されている
    ブラシレス電気機械装置。
  12. 【請求項１２】前記可動子は回転することを特徴とする
    請求項１に記載されているブラシレス電気機械装置。
  13. 【請求項１３】前記可動子はリニアに動くことを特徴と
    する請求項１に記載されているブラシレス電気機械装
    置。
  14. 【請求項１４】該搬送信号の零交叉点を検出するための
    零交叉検出器と、此の零交叉検出器に応答して電力のオ
    ンオフを提供するための手段を切り替えるための切り替
    え手段をさらに具備して成ることを特徴とする請求項１
    に記載されているブラシレス電気機械装置。
  15. 【請求項１５】共振キャパシタをさらに具備しており、
    前記零交叉点検出器は前記共振キャパシタの両端電圧で
    該零交叉点を検出することを特徴とする請求項14に記載
    されているブラシレス電気機械装置。
  16. 【請求項１６】共振インダクタをさらに具備しており、
    前記零交叉点検出器は前記共振インダクタを流れる電流
    で該零交叉点を検出することを特徴とする請求項14に記
    載されているブラシレス電気機械装置。
  17. 【請求項１７】電圧又は電流レベルを検出するためのレ
    ベル検出器と、前記零交叉検出器と、前記レベル検出器
    に応答して電力のオンオフを提供する手段を切り替える
    ための切り替え手段をさらに具備していることを特徴と
    する請求項14に記載されているブラシレス電気機械装
    置。
  18. 【請求項１８】高速エッジの乱れを検出するための高速
    エッジ検出器と、前記零交叉検出器と前記高速エッジ検
    出器に応答して電力のオンオフを提供する手段を切り替
    えるための切り替え手段をさらに具備して成ることを特
    徴とする請求項14に記載されているブラシレス電気機械
    装置。
  19. 【請求項１９】前記共振切り替えシステムは、零交叉検
    出器で検出された零交叉と検出された高速エッジの乱れ
    との間の時間差を測定する手段をさらに具備しているこ
    とを特徴とする請求項18に記載されているブラシレス電
    気機械装置。
  20. 【請求項２０】該時間差の極性は、検出された零交叉と
    検出された高速エッジの乱れの相対的順序にもとづくこ
    とを特徴とする請求項19に記載されているブラシレス電
    気機械装置。
  21. 【請求項２１】前記共振切り替え手段は、さらに、切り
    替え手段をゲートするためのクロッキング手段を有する
    ことを特徴とする請求項19に記載されているブラシレス
    電気機械装置。
  22. 【請求項２２】該電圧レベル又は電流レベルは切り替え
    手段をゲートするためのクロッキング手段を何時起動す
    るかを決定することを特徴とする請求項21に記載されて
    いるブラシレス電気機械装置。
  23. 【請求項２３】零交叉の検出は、切り替え手段をゲート
    するためのクロッキング手段を何時起動するかを決定す
    ることを特徴とする請求項21に記載されているブラシレ
    ス電気機械装置。
  24. 【請求項２４】ブラシレス電気機械装置であって、此の
    装置は、ａ）可動子と、ｂ）固定子と、ｃ）第１のペア
    を成す巻線と、第２のペアを成す巻線と、変調器と、復
    調器を具備して成る回路と、ｄ）前記変調器と、前記ペ
    アを成す巻線のうち、１つのペアを成す巻線に電力を供
    給する電力供給手段とを具備して成り、 ｉ）前記第１のペアを成す巻線は、空隙で分離され、前
    記可動子上の巻線と前記固定子上の整合された巻線とか
    ら成っており、前記可動子を付勢するための力を発生す
    るためのものであり、 ii）前記第２のペアを成す巻線は、空隙で分離され、前
    記可動子上の巻線と固定子上の巻線とから成っており、
    前記第１のペアを成す巻線の励振を変化させるためのも
    のであり、 iii）前記変調器は、前記第２のペアを成す巻線に、少
    なくとも１つの変調された搬送波信号を供給するための
    ものであり、前記搬送波信号の周波数は実質的に前記回
    路の共振周波数に等しくなるように選択されており、 iv）前記復調器は、該搬送波信号を復調して復調された
    情報信号を作成し、且つ前記復調された情報信号を前記
    第１のペアを成す巻線に供給する ことを特徴とするブラシレス電気機械装置。
  25. 【請求項２５】前記第２のペアを成す巻線に電力を供給
    するために前記電力供給手段に接続された少なくとも１
    個のバイパスキャパシタをさらに具備していることを特
    徴とする請求項24に記載されているブラシレス電気機械
    装置。
  26. 【請求項２６】前記固定子上の第１ペアの巻線が、固定
    子上の第２ペアの巻線と直列に接続されていることを特
    徴とする請求項25に記載されているブラシレス電気機械
    装置。
  27. 【請求項２７】前記固定子上の第１ペアの巻線が、固定
    子上の第２ペアの巻線と直列に接続されていることを特
    徴とする請求項26に記載されているブラシレス電気機械
    装置。
  28. 【請求項２８】前記電力供給手段は、さらに、異なった
    位相の交流電流を供給するための電力供給源と、夫々該
    当する位相信号を該当する巻線に接続するための双方向
    電力スイッチを具備して成ることを特徴とする請求項24
    に記載されたブラシレス電気機械装置。
  29. 【請求項２９】位相信号と同数のスイッチを有すること
    を特徴とする請求項28に記載されているブラシレス電気
    機械装置。
  30. 【請求項３０】スイッチの動作を制御するためのプロセ
    ッサ手段をさらに具備していることを特徴とする請求項
    29に記載されているブラシレス電気機械装置。
  31. 【請求項３１】前記電力供給手段は、さらに、異なった
    位相の交流電流を供給するための電力供給源を備え、此
    の電力供給源から電力の供給を受ける前記巻線は、夫々
    がユニークな位相信号を受けるための個別の巻線より構
    成されていることを特徴とする請求項24に記載されてい
    るブラシレス電気機械装置。
  32. 【請求項３２】固定子上の第１ペアの巻線は、直流電流
    巻線であることを特徴とする請求項24に記載されている
    ブラシレス電気機械装置。
  33. 【請求項３３】固定子上の第１ペアの巻線は、永久磁石
    であることを特徴とする請求項24に記載されているブラ
    シレス電気機械装置。
  34. 【請求項３４】固定子上の第１ペアの巻線は、交流電流
    巻線であることを特徴とする請求項24に記載されている
    ブラシレス電気機械装置。
  35. 【請求項３５】前記可動子は回転することを特徴とする
    請求項24に記載されているブラシレス電気機械装置。
  36. 【請求項３６】前記可動子はリニアに動くことを特徴と
    する請求項24に記載されているブラシレス電気機械装
    置。
  37. 【請求項３７】該搬送信号の零交叉を検出するための零
    交叉検出器と、此の零交叉検出器に応答して電力のオン
    オフを提供するための手段を切り替えるための切り替え
    手段をさらに具備して成ることを特徴とする請求項24に
    記載されているブラシレス電気機械装置。
  38. 【請求項３８】共振キャパシタをさらに具備しており、
    前記零交叉点検出器は前記共振キャパシタの両端電圧で
    該零交叉点を検出することを特徴とする請求項37に記載
    されているブラシレス電気機械装置。
  39. 【請求項３９】共振インダクタをさらに具備しており、
    前記零交叉点検出器は前記共振インダクタを流れる電流
    で該零交叉点を検出することを特徴とする請求項37に記
    載されているブラシレス電気機械装置。
  40. 【請求項４０】電圧又は電流レベルを検出するためのレ
    ベル検出器と、前記零交叉検出器と、前記レベル検出器
    に応答して電力のオンオフを提供する手段を切り替える
    ための切り替え手段をさらに具備していることを特徴と
    する請求項37に記載されているブラシレス電気機械装
    置。
  41. 【請求項４１】高速エッジの乱れを検出するための高速
    検出器と、前記零交叉検出器と前記高速エッジ検出器に
    応答して電力のオンオフを提供する手段を切り替えるた
    めの切り替え手段をさらに具備して成ることを特徴とす
    る請求項37に記載されているブラシレス電気機械装置。
  42. 【請求項４２】前記共振切り替えシステムは、零交叉検
    出器で検出された零交叉と、検出された高速エッジの乱
    れとの間の時間差を測定する手段をさらに具備している
    ことを特徴とする請求項41に記載されているブラシレス
    電気機械装置。
  43. 【請求項４３】該時間差の極性は、検出された零交叉と
    検出された高速エッジの乱れの相対的順序にもとづくこ
    とを特徴とする請求項42に記載されているブラシレス電
    気機械装置。
  44. 【請求項４４】前記共振切り替え手段は、さらに、切り
    替え手段をゲートするためのクロッキング手段を有する
    ことを特徴とする請求項42に記載されているブラシレス
    電気機械装置。
  45. 【請求項４５】該電圧レベル又は電流レベルは、切り替
    え手段をゲートするためのクロッキング手段を何時起動
    するかを決定することを特徴とする請求項44に記載され
    ているブラシレス電気機械装置。
  46. 【請求項４６】零交叉の検出は、切り替え手段をゲート
    するためのクロッキング手段を何時起動するかを決定す
    ることを特徴とする請求項44に記載されているブラシレ
    ス電気機械装置。
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US878,545 1992-05-05
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