JP2002199784A - 切換式リラクタンス駆動システムにおける電流チョッピング - Google Patents
切換式リラクタンス駆動システムにおける電流チョッピングInfo
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- H—ELECTRICITY
- 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
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
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- H02P25/092—Converters specially adapted for controlling reluctance motors
-
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Electric Motors In General (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ２以上の位相が同時に励磁され得る、任意の
数の位相および任意の励磁パターンを備えるシステムに
ついて、コンデンサリプル電流を最小化する。 【解決手段】 切換式リラクタンス駆動装置は電源から
供給され、ＤＣリンクコンデンサを有する。機械の位相
は、位相導通オーバラップの間に、コンデンサから引出
される電流を最小化し、したがってコンデンサ定格の低
減を可能にするために第２の位相におけるチョッピング
の開始を制御する、電流チョッピングコントローラによ
って制御される。
数の位相および任意の励磁パターンを備えるシステムに
ついて、コンデンサリプル電流を最小化する。 【解決手段】 切換式リラクタンス駆動装置は電源から
供給され、ＤＣリンクコンデンサを有する。機械の位相
は、位相導通オーバラップの間に、コンデンサから引出
される電流を最小化し、したがってコンデンサ定格の低
減を可能にするために第２の位相におけるチョッピング
の開始を制御する、電流チョッピングコントローラによ
って制御される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、切換式リラクタン
ス駆動システムに関する。特に、本発明は、コントロー
ラがＤＣリンクコンデンサにおけるリプル電流を最小化
することができる当該システムに関する。
ス駆動システムに関する。特に、本発明は、コントロー
ラがＤＣリンクコンデンサにおけるリプル電流を最小化
することができる当該システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】切換式リラクタンスシステムの特性およ
び動作は、当該技術において周知であり、たとえば、参
照によって本願に組込まれる、StephensonおよびBlake
による「切換式リラクタンスモータおよび駆動装置の特
性、設計および用途」（"The characteristics, design
and application of switched reluctance motors and
drives" by Stephenson and Blake, PCIM'93, Nuernber
g, 21-24 June 1993）に記載されている。図１は、切換
式リラクタンスモータ１２が負荷１９を駆動する、典型
的な多相切換式リラクタンス駆動装置を概略形式で示し
ている。入力ＤＣ電源１１は、たとえば、電池または、
整流ろ波されたＡＣ主電源とすることができる。電源１
１によって供給されたＤＣ電圧は、電子制御装置１４の
制御下でパワーコンバータ１３によってモータ１２の相
巻線１６間で切換えられる。切換えは、駆動装置の適正
な動作のために回転子の回転角度と正しく同期していな
ければならない。回転子の角位置に対応する信号を供給
するために、回転子位置検出器１５が一般に使用され
る。その出力はまた、速度フィードバック信号を生成す
るために使用され得る。
び動作は、当該技術において周知であり、たとえば、参
照によって本願に組込まれる、StephensonおよびBlake
による「切換式リラクタンスモータおよび駆動装置の特
性、設計および用途」（"The characteristics, design
and application of switched reluctance motors and
drives" by Stephenson and Blake, PCIM'93, Nuernber
g, 21-24 June 1993）に記載されている。図１は、切換
式リラクタンスモータ１２が負荷１９を駆動する、典型
的な多相切換式リラクタンス駆動装置を概略形式で示し
ている。入力ＤＣ電源１１は、たとえば、電池または、
整流ろ波されたＡＣ主電源とすることができる。電源１
１によって供給されたＤＣ電圧は、電子制御装置１４の
制御下でパワーコンバータ１３によってモータ１２の相
巻線１６間で切換えられる。切換えは、駆動装置の適正
な動作のために回転子の回転角度と正しく同期していな
ければならない。回転子の角位置に対応する信号を供給
するために、回転子位置検出器１５が一般に使用され
る。その出力はまた、速度フィードバック信号を生成す
るために使用され得る。
【０００３】多様なパワーコンバータトポロジが知られ
ており、そのいくつかは上述のStephensonの論文におい
て検討されている。最も普通の構成の１つが、図２の多
相システムの単相について示されており、ここにおい
て、機械の相巻線１６は母線２６，２７間の２個のスイ
ッチング装置２１，２２と直列に接続されている。母線
２６，２７は集合的に、コンバータの「ＤＣリンク」と
呼ばれる。エネルギーリカバリダイオード２３，２４
は、スイッチ２１，２２が開かれたときに相巻線電流が
ＤＣリンクに流れ戻ることができるように、相巻線と接
続されている。「ＤＣリンクコンデンサ」として知られ
るコンデンサ２５は、電源から引出されるかまたは電源
に戻ることができないＤＣリンク電流（すなわち、いわ
ゆる「リプル電流」）のあらゆる交番成分をソースまた
はシンクするためにＤＣリンク間に接続されている。実
際には、コンデンサ２５は、直列および／または並列に
接続された数個のコンデンサを含んでいてもよく、並列
接続が使用される場合、それらの素子のいくつかはコン
バータ全体に分散されていてもよい。このコンデンサの
コストおよび／またはサイズは、駆動装置のコストおよ
び／または駆動装置が占めるスペースに影響されやすい
設備、たとえば航空宇宙または自動車用途において、重
要となり得る。
ており、そのいくつかは上述のStephensonの論文におい
て検討されている。最も普通の構成の１つが、図２の多
相システムの単相について示されており、ここにおい
て、機械の相巻線１６は母線２６，２７間の２個のスイ
ッチング装置２１，２２と直列に接続されている。母線
２６，２７は集合的に、コンバータの「ＤＣリンク」と
呼ばれる。エネルギーリカバリダイオード２３，２４
は、スイッチ２１，２２が開かれたときに相巻線電流が
ＤＣリンクに流れ戻ることができるように、相巻線と接
続されている。「ＤＣリンクコンデンサ」として知られ
るコンデンサ２５は、電源から引出されるかまたは電源
に戻ることができないＤＣリンク電流（すなわち、いわ
ゆる「リプル電流」）のあらゆる交番成分をソースまた
はシンクするためにＤＣリンク間に接続されている。実
際には、コンデンサ２５は、直列および／または並列に
接続された数個のコンデンサを含んでいてもよく、並列
接続が使用される場合、それらの素子のいくつかはコン
バータ全体に分散されていてもよい。このコンデンサの
コストおよび／またはサイズは、駆動装置のコストおよ
び／または駆動装置が占めるスペースに影響されやすい
設備、たとえば航空宇宙または自動車用途において、重
要となり得る。
【０００４】切換式リラクタンス駆動装置は本質的に、
可変速システムであり、従来のシヌソイド形供給形式の
機械に見られるものとはまったく異なる、機械の相巻線
における電圧および電流によって特徴づけられる。周知
のとおり、切換式リラクタンスシステムの動作の２つの
基本的なモード、すなわちチョッピングモードおよび単
一パルスモードが存在し、両方とも上述のStephensonの
論文に記載されている。図３は、典型的な駆動装置の速
度範囲における中速度および高速度に通常使用される単
一パルス制御を例示している。図３（ａ）は、コントロ
ーラによって相巻線に一般に適用される電圧波形を示
す。所定の回転子角度において、電圧は、パワーコンバ
ータ１３のスイッチをオンに切換え、導通角である任意
の角度θcについて一定の電圧を与えるすることによっ
て印加される。電流はゼロから上昇し、図３（ｂ）に図
示するように、一般にピークに達してからわずかに下降
する。角度θcを過ぎると、スイッチが開かれ、エネル
ギーリターンダイオードの動作が巻線間に負電圧を与
え、機械における磁束をもたらし、したがって電流をゼ
ロまで減衰させる。その後、そのサイクルが繰返される
まで、一般にゼロ電流周期が存在する。位相はθcの間
に電源からエネルギーを引出しており、その後少量を電
源に戻していることが明白であろう。図３（ｃ）は、パ
ワーコンバータによって相巻線に供給されなければなら
ない電流および、エネルギーリターンの周期の間にコン
バータへ流れ戻る電流を示している。両方のスイッチを
同時に開く代りに、一方のスイッチを他方に先立って開
き、閉じたスイッチ、相巻線およびダイオードの１個に
よって形成されるループを電流が循環できるようにする
ことに利点が存在することが周知である。これは「フリ
ーホイーリング」として知られている。それは、ピーク
電流の制限や音響雑音の低減を含む、様々な理由のため
に使用されている。
可変速システムであり、従来のシヌソイド形供給形式の
機械に見られるものとはまったく異なる、機械の相巻線
における電圧および電流によって特徴づけられる。周知
のとおり、切換式リラクタンスシステムの動作の２つの
基本的なモード、すなわちチョッピングモードおよび単
一パルスモードが存在し、両方とも上述のStephensonの
論文に記載されている。図３は、典型的な駆動装置の速
度範囲における中速度および高速度に通常使用される単
一パルス制御を例示している。図３（ａ）は、コントロ
ーラによって相巻線に一般に適用される電圧波形を示
す。所定の回転子角度において、電圧は、パワーコンバ
ータ１３のスイッチをオンに切換え、導通角である任意
の角度θcについて一定の電圧を与えるすることによっ
て印加される。電流はゼロから上昇し、図３（ｂ）に図
示するように、一般にピークに達してからわずかに下降
する。角度θcを過ぎると、スイッチが開かれ、エネル
ギーリターンダイオードの動作が巻線間に負電圧を与
え、機械における磁束をもたらし、したがって電流をゼ
ロまで減衰させる。その後、そのサイクルが繰返される
まで、一般にゼロ電流周期が存在する。位相はθcの間
に電源からエネルギーを引出しており、その後少量を電
源に戻していることが明白であろう。図３（ｃ）は、パ
ワーコンバータによって相巻線に供給されなければなら
ない電流および、エネルギーリターンの周期の間にコン
バータへ流れ戻る電流を示している。両方のスイッチを
同時に開く代りに、一方のスイッチを他方に先立って開
き、閉じたスイッチ、相巻線およびダイオードの１個に
よって形成されるループを電流が循環できるようにする
ことに利点が存在することが周知である。これは「フリ
ーホイーリング」として知られている。それは、ピーク
電流の制限や音響雑音の低減を含む、様々な理由のため
に使用されている。
【０００５】しかしながら、ゼロおよび低速度では、単
一パルスモードは、生起し得る高ピーク電流のために適
当ではなく、相巻線電流を能動的に制御するためにチョ
ッピングモードが使用される。チョッピングモードの２
つの主要な変形が存在する。電流が所定のレベルに達し
たときに、チョッピングの最も単純な方法は、相巻線に
関係する２個のスイッチ、たとえば図２のスイッチ２
１，２２を同時に開くことである。これはエネルギーを
機械からＤＣリンクに戻す。これは時として「ハードチ
ョッピング」として知られている。他の方法は、スイッ
チの一方だけを開き、フリーホイーリングが生起し得る
ようにすることである。これは、「フリーホイールチョ
ッピング」または「ソフトチョッピング」として知られ
る。この制御モードでは、両方のスイッチが開かれ最終
的に電流を消滅させるときである導通周期の終わりを除
き、相巻線からＤＣリンクへエネルギーはまったく返さ
れない。
一パルスモードは、生起し得る高ピーク電流のために適
当ではなく、相巻線電流を能動的に制御するためにチョ
ッピングモードが使用される。チョッピングモードの２
つの主要な変形が存在する。電流が所定のレベルに達し
たときに、チョッピングの最も単純な方法は、相巻線に
関係する２個のスイッチ、たとえば図２のスイッチ２
１，２２を同時に開くことである。これはエネルギーを
機械からＤＣリンクに戻す。これは時として「ハードチ
ョッピング」として知られている。他の方法は、スイッ
チの一方だけを開き、フリーホイーリングが生起し得る
ようにすることである。これは、「フリーホイールチョ
ッピング」または「ソフトチョッピング」として知られ
る。この制御モードでは、両方のスイッチが開かれ最終
的に電流を消滅させるときである導通周期の終わりを除
き、相巻線からＤＣリンクへエネルギーはまったく返さ
れない。
【０００６】いずれのチョッピング方式によっても、使
用される電流レベルを決定するための戦略の選択肢が存
在する。多くのそうした戦略が当該技術において周知で
ある。普通に使用される１方式は、上側電流と下側電流
との間でのチョッピングを可能にするヒステリシスコン
トローラを含む。典型的な方式がハードチョッピングに
対して図４（ａ）に示されている。選択されたスイッチ
オン角度θon（これはしばしば、位相が最小インダクタ
ンスを有する際の位置であるが、他のいずれかの位置と
してもよい）において、電圧は相巻線に印加され、相電
流は上側ヒステリシス電流Ｉuに達するまで上昇するこ
とができる。その時点で、両方のスイッチが開かれ、電
流は下側電流Ｉlに達するまで下降し、再びスイッチが
閉じられ、そのチョッピングサイクルを繰返す。図５
（ａ）は、フリーホイーリングを使用するヒステリシス
コントローラの対応する相電流波形を示す。チョッピン
グ周波数の低減はただちに明白である。
用される電流レベルを決定するための戦略の選択肢が存
在する。多くのそうした戦略が当該技術において周知で
ある。普通に使用される１方式は、上側電流と下側電流
との間でのチョッピングを可能にするヒステリシスコン
トローラを含む。典型的な方式がハードチョッピングに
対して図４（ａ）に示されている。選択されたスイッチ
オン角度θon（これはしばしば、位相が最小インダクタ
ンスを有する際の位置であるが、他のいずれかの位置と
してもよい）において、電圧は相巻線に印加され、相電
流は上側ヒステリシス電流Ｉuに達するまで上昇するこ
とができる。その時点で、両方のスイッチが開かれ、電
流は下側電流Ｉlに達するまで下降し、再びスイッチが
閉じられ、そのチョッピングサイクルを繰返す。図５
（ａ）は、フリーホイーリングを使用するヒステリシス
コントローラの対応する相電流波形を示す。チョッピン
グ周波数の低減はただちに明白である。
【０００７】機械が電動用ではなく発電用である場合、
相電流はフリーホイーリングの間に上昇し得ることに留
意しなければならない。ソフトチョッピングは、（一方
のスイッチ開による）フリーホイーリングと（両スイッ
チ開による）エネルギーリターンとの間でパワー回路の
状態を交番させることによって、やはり使用することが
できる。以下に説明する技法は、電動モードおよび発電
モードの動作に等しく適用される。
相電流はフリーホイーリングの間に上昇し得ることに留
意しなければならない。ソフトチョッピングは、（一方
のスイッチ開による）フリーホイーリングと（両スイッ
チ開による）エネルギーリターンとの間でパワー回路の
状態を交番させることによって、やはり使用することが
できる。以下に説明する技法は、電動モードおよび発電
モードの動作に等しく適用される。
【０００８】図４（ａ）および５（ａ）において相電流
によりＤＣリンクに流れる供給電流は、それぞれ、図４
（ｂ）および５（ｂ）に示されている。各々の場合で、
ＤＣリンクコンデンサはこれらの波形の交流成分の一部
を供給する。（これらの図は、コンデンサがゼロの平均
電流を有していなければならず、実際には、電源抵抗、
コンデンサインピーダンスおよびインダクタンスの存在
により電流の振舞いはより相当に複雑であるので、理想
化されていることに留意されたい。）ハードチョッピン
グの場合のコンデンサ電流は、より高い周波数およびよ
り高い実効値（ｒｍｓ）の両方を有する。フリーホイー
リングの場合、電流は周波数およびｒｍｓの大きさの両
方で低減する。コンデンサ定格に関するこれの利点は、
たとえば、参照によって本願に組込まれる、米国特許４
９３３６２１号公報（ＭａｃＭｉｎｎ）において検討さ
れている。
によりＤＣリンクに流れる供給電流は、それぞれ、図４
（ｂ）および５（ｂ）に示されている。各々の場合で、
ＤＣリンクコンデンサはこれらの波形の交流成分の一部
を供給する。（これらの図は、コンデンサがゼロの平均
電流を有していなければならず、実際には、電源抵抗、
コンデンサインピーダンスおよびインダクタンスの存在
により電流の振舞いはより相当に複雑であるので、理想
化されていることに留意されたい。）ハードチョッピン
グの場合のコンデンサ電流は、より高い周波数およびよ
り高い実効値（ｒｍｓ）の両方を有する。フリーホイー
リングの場合、電流は周波数およびｒｍｓの大きさの両
方で低減する。コンデンサ定格に関するこれの利点は、
たとえば、参照によって本願に組込まれる、米国特許４
９３３６２１号公報（ＭａｃＭｉｎｎ）において検討さ
れている。
【０００９】ハードチョッピングおよびソフトチョッピ
ングモードを電流制御の内容において説明したが、それ
らはまた、相巻線に印加される平均電圧が能動的に制御
される、電圧制御システムと連係して使用できることを
指摘しておかなければならない。たとえば、パルス幅変
調（ＰＷＭ）方式が、当該技術において周知のように、
スイッチ２１，２２に適用できるであろう。
ングモードを電流制御の内容において説明したが、それ
らはまた、相巻線に印加される平均電圧が能動的に制御
される、電圧制御システムと連係して使用できることを
指摘しておかなければならない。たとえば、パルス幅変
調（ＰＷＭ）方式が、当該技術において周知のように、
スイッチ２１，２２に適用できるであろう。
【００１０】これまでの検討は、２以上の位相の寄与が
考慮される際に生じる問題を無視してきた。２以上の位
相が一緒に動作する場合は常に、個々の位相に関係する
電流は合計され全ＤＣリンク電流を与える。
考慮される際に生じる問題を無視してきた。２以上の位
相が一緒に動作する場合は常に、個々の位相に関係する
電流は合計され全ＤＣリンク電流を与える。
【００１１】一緒に動作する２以上の位相は、多くの様
々なシステムにおいて生起し得る。二相システムでは、
位相を交番に生じさせることだけが通常であるが、参照
によって本願に組込まれる、本譲受人に共有譲渡され
た、米国特許５７４７９６２号公報は、機械の電気的サ
イクルの一部にわたり両方の位相を同時に生じさせる方
法を開示している。三相機械では、位相Ａだけを、その
後位相Ｂだけ、その後位相Ｃだけを励磁することによっ
て動作させることが可能である。しかしながら、機械の
トルク出力を改善するために、個々の位相サイクルのト
ルク生成部分がオーバラップするという事実がしばしば
活用され、したがって、Ａ，ＡＢ，Ｂ，ＢＣ，Ｃ，Ｃ
Ａ，Ａ…の励磁パターンが通常使用される。同様に四相
機械の場合、通常、所要の方向でトルクを生成している
２つの位相が必ず存在するので、したがって、位相は、
ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＡ，ＡＢ…の組で励磁され得る。
対応する規則はさらに大きい相数についても適用され、
ここにおいて、電気的サイクルの少なくとも一部に３以
上の位相を使用することが可能である。
々なシステムにおいて生起し得る。二相システムでは、
位相を交番に生じさせることだけが通常であるが、参照
によって本願に組込まれる、本譲受人に共有譲渡され
た、米国特許５７４７９６２号公報は、機械の電気的サ
イクルの一部にわたり両方の位相を同時に生じさせる方
法を開示している。三相機械では、位相Ａだけを、その
後位相Ｂだけ、その後位相Ｃだけを励磁することによっ
て動作させることが可能である。しかしながら、機械の
トルク出力を改善するために、個々の位相サイクルのト
ルク生成部分がオーバラップするという事実がしばしば
活用され、したがって、Ａ，ＡＢ，Ｂ，ＢＣ，Ｃ，Ｃ
Ａ，Ａ…の励磁パターンが通常使用される。同様に四相
機械の場合、通常、所要の方向でトルクを生成している
２つの位相が必ず存在するので、したがって、位相は、
ＡＢ，ＢＣ，ＣＤ，ＤＡ，ＡＢ…の組で励磁され得る。
対応する規則はさらに大きい相数についても適用され、
ここにおいて、電気的サイクルの少なくとも一部に３以
上の位相を使用することが可能である。
【００１２】２以上の位相が同時に使用されている場
合、コンデンサ電流への効果は、採用されるチョッピン
グ制御戦略に依存する。理想的には、スイッチオフ時に
１つの位相によって戻されるエネルギーは入って来る第
２の位相に伝えられるべきであるが、それは、通常のヒ
ステリシスコントローラによって実現することは不可能
であると判明している。たとえば、図４（ａ）および図
５（ａ）は、チョッピング波形の周波数もデューティサ
イクルのいずれもが導通角にわたり一定ではなく、相巻
線のインダクタンスが回転子位置によって変わるにつれ
て変化することを示している。この形式のコントローラ
による２電流間に存在するあらゆる位相差のコンデンサ
電流の相殺を実現することが不可能であることが明白で
ある。
合、コンデンサ電流への効果は、採用されるチョッピン
グ制御戦略に依存する。理想的には、スイッチオフ時に
１つの位相によって戻されるエネルギーは入って来る第
２の位相に伝えられるべきであるが、それは、通常のヒ
ステリシスコントローラによって実現することは不可能
であると判明している。たとえば、図４（ａ）および図
５（ａ）は、チョッピング波形の周波数もデューティサ
イクルのいずれもが導通角にわたり一定ではなく、相巻
線のインダクタンスが回転子位置によって変わるにつれ
て変化することを示している。この形式のコントローラ
による２電流間に存在するあらゆる位相差のコンデンサ
電流の相殺を実現することが不可能であることが明白で
ある。
【００１３】ヒステリシスコントローラは、存在する多
くの「周波数未制御（frequency wild）な」コントロー
ラの１例である。それらは、１つのパラメータ（ここで
は相電流）を、チョッピング周波数を犠牲にして一定に
しようと試みる。別の形式のチョッピングコントローラ
は、固定周波数コントローラであり、ここにおいてチョ
ッピング周波数は、たとえば平均相電流を犠牲にして、
概念的に一定に保たれる。典型的な固定周波数コントロ
ーラは、パワーコンバータ１３においてスイッチの閉鎖
をトリガする固定の（または少なくとも制御された）周
波数クロックを有する。相電流がその目標値に達する
と、１個または両方のスイッチは開かれ、クロック信号
に応答して再びスイッチが閉じられるまで電流が下降で
きるようにする。同一のクロックによって第２の位相を
制御することは相対的に単純であるが、２つの位相を一
緒に切換えることは、（デューティサイクルに依存し
て）コンデンサに対し電流エクスカーションの大きさを
ほぼ２倍にするという直接的効果を有することは明白で
あろう。
くの「周波数未制御（frequency wild）な」コントロー
ラの１例である。それらは、１つのパラメータ（ここで
は相電流）を、チョッピング周波数を犠牲にして一定に
しようと試みる。別の形式のチョッピングコントローラ
は、固定周波数コントローラであり、ここにおいてチョ
ッピング周波数は、たとえば平均相電流を犠牲にして、
概念的に一定に保たれる。典型的な固定周波数コントロ
ーラは、パワーコンバータ１３においてスイッチの閉鎖
をトリガする固定の（または少なくとも制御された）周
波数クロックを有する。相電流がその目標値に達する
と、１個または両方のスイッチは開かれ、クロック信号
に応答して再びスイッチが閉じられるまで電流が下降で
きるようにする。同一のクロックによって第２の位相を
制御することは相対的に単純であるが、２つの位相を一
緒に切換えることは、（デューティサイクルに依存し
て）コンデンサに対し電流エクスカーションの大きさを
ほぼ２倍にするという直接的効果を有することは明白で
あろう。
【００１４】ピーク電流・固定周波数コントローラによ
って制御される相巻線に対する典型的なチョッピング電
流波形は、図６（ａ）に部分的に示されている。相巻線
は最初、それをＤＣ母線に通常どおりに接続することに
よってオンに切換えられる。電流が、所定のピークレベ
ルに達すると、コントローラは、使用しているパワーコ
ンバータの能力に依存して、巻線をフリーホイールまた
はエネルギーリカバリモードに切換える。（図６（ａ）
では、フリーホイーリングが例示に使用されている。）
電流は、（存在すれば）印加電圧と、相巻線のインダク
タンスの変化率と、巻線にわたる電圧降下（ｉＲ）と、
およびダイオードおよびスイッチにわたる電圧降下とに
よって決定される速度で下降する。電動動作を前提とし
て、フリーホイーリング間隔における電流は図示のとお
り下降し、電流コントローラはその後、スイッチを閉じ
ることによってＤＣリンクへの相巻線の再接続をトリガ
し、電流を再びピークレベルまで押上げ、その時点でサ
イクルは繰返す。理解されるように、スイッチングの周
波数はこの場合一定であるが、ピークからの電流エクス
カーションは励磁ブロックの一端から他方までに変化し
得る。スイッチング周波数の周期は図６（ａ）のＴとし
て示されており、サイクルのデューティは周期の持続時
間に対するオン時間の比率として定義される。
って制御される相巻線に対する典型的なチョッピング電
流波形は、図６（ａ）に部分的に示されている。相巻線
は最初、それをＤＣ母線に通常どおりに接続することに
よってオンに切換えられる。電流が、所定のピークレベ
ルに達すると、コントローラは、使用しているパワーコ
ンバータの能力に依存して、巻線をフリーホイールまた
はエネルギーリカバリモードに切換える。（図６（ａ）
では、フリーホイーリングが例示に使用されている。）
電流は、（存在すれば）印加電圧と、相巻線のインダク
タンスの変化率と、巻線にわたる電圧降下（ｉＲ）と、
およびダイオードおよびスイッチにわたる電圧降下とに
よって決定される速度で下降する。電動動作を前提とし
て、フリーホイーリング間隔における電流は図示のとお
り下降し、電流コントローラはその後、スイッチを閉じ
ることによってＤＣリンクへの相巻線の再接続をトリガ
し、電流を再びピークレベルまで押上げ、その時点でサ
イクルは繰返す。理解されるように、スイッチングの周
波数はこの場合一定であるが、ピークからの電流エクス
カーションは励磁ブロックの一端から他方までに変化し
得る。スイッチング周波数の周期は図６（ａ）のＴとし
て示されており、サイクルのデューティは周期の持続時
間に対するオン時間の比率として定義される。
【００１５】図６（ｂ）は単相巻線の供給電流を示し、
図６（ｃ）は第２の位相の供給電流を示す。両方の位相
のスイッチオン時点が同時である場合、供給電流は２＊
Ｉｐｋに等しいピークを与えるように加算され、チョッ
ピング周波数時の対応するコンデンサリプル電流は大き
いであろう。
図６（ｃ）は第２の位相の供給電流を示す。両方の位相
のスイッチオン時点が同時である場合、供給電流は２＊
Ｉｐｋに等しいピークを与えるように加算され、チョッ
ピング周波数時の対応するコンデンサリプル電流は大き
いであろう。
【００１６】具体的に２つの位相が常に一緒に励磁され
ている四相システムの場合、単一のマーク対スペース比
を備える単一のクロック信号を使用し、クロック信号の
立上り区間から一方の位相のターンオンを開始し、立下
り区間から他方の位相のターンオンを開始することが知
られている。これは、２つの相電流を一定の態様でイン
タリーブし、コンデンサリプル電流の多少の低減をもた
らす。しかしながら、一方の位相のデューティサイクル
が他方に対して変化すると、コンデンサ電流が増大する
ということから、それは完全に成功してはいない。相電
流のインタリーブは固定されており、そうした変動に対
処できない。これはコンデンサの定格の増大を要求し、
コストおよび／またはサイズの増大を結果として生じ
る。さらに、コンデンサのエネルギー損は、一部のシス
テム、特に低電圧・大電流システムにおいて、全エネル
ギー損の相当部分となり、駆動装置の効率の顕著な低減
につながり得る。
ている四相システムの場合、単一のマーク対スペース比
を備える単一のクロック信号を使用し、クロック信号の
立上り区間から一方の位相のターンオンを開始し、立下
り区間から他方の位相のターンオンを開始することが知
られている。これは、２つの相電流を一定の態様でイン
タリーブし、コンデンサリプル電流の多少の低減をもた
らす。しかしながら、一方の位相のデューティサイクル
が他方に対して変化すると、コンデンサ電流が増大する
ということから、それは完全に成功してはいない。相電
流のインタリーブは固定されており、そうした変動に対
処できない。これはコンデンサの定格の増大を要求し、
コストおよび／またはサイズの増大を結果として生じ
る。さらに、コンデンサのエネルギー損は、一部のシス
テム、特に低電圧・大電流システムにおいて、全エネル
ギー損の相当部分となり、駆動装置の効率の顕著な低減
につながり得る。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、２以上の
位相が同時に励磁され得る、任意の数の位相および任意
の励磁パターンを備えるシステムについて、コンデンサ
リプル電流を最小化するという課題の解決手段の必要性
が存在する。
位相が同時に励磁され得る、任意の数の位相および任意
の励磁パターンを備えるシステムについて、コンデンサ
リプル電流を最小化するという課題の解決手段の必要性
が存在する。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明は、添付独立請求
項において定義される。いくつかの好ましい特徴が従属
請求項において記載される。
項において定義される。いくつかの好ましい特徴が従属
請求項において記載される。
【００１９】特定の１形態において、本発明は、コンデ
ンサ電流を最小化するために切換式リラクタンス機械の
入力側の相巻線のスイッチングを動的に調整することを
含む。これは、既にチョッピングしている位相に対して
入力側の位相のチョッピングクロックの位相角を動的に
選択することによって行われる。本発明は、多数の態様
で実施できるが、それらは概して開ループ実施および閉
ループ実施という２つの部類にあてはまる。
ンサ電流を最小化するために切換式リラクタンス機械の
入力側の相巻線のスイッチングを動的に調整することを
含む。これは、既にチョッピングしている位相に対して
入力側の位相のチョッピングクロックの位相角を動的に
選択することによって行われる。本発明は、多数の態様
で実施できるが、それらは概して開ループ実施および閉
ループ実施という２つの部類にあてはまる。
【００２０】２つの位相の励磁から同時に生じるチョッ
ピング波形は、その２つの位相を制御するチョッピング
クロック信号間で移相を設定することによって、電流リ
プルを最小化するために使用できる。
ピング波形は、その２つの位相を制御するチョッピング
クロック信号間で移相を設定することによって、電流リ
プルを最小化するために使用できる。
【００２１】移相の設定は予め設定することができる
か、または、動的開ループまたは閉ループとすることが
できる。開ループまたは閉ループ制御の下で可変である
場合、移相の値は機械のパラメータに基づくことができ
る。たとえば、要求および速度は、開ループ制御に使用
され得る。閉ループ制御の場合、電流リプル自体を表す
信号が、コンデンサ電流リプルを最小化するような移相
の値を導出するために使用できる。
か、または、動的開ループまたは閉ループとすることが
できる。開ループまたは閉ループ制御の下で可変である
場合、移相の値は機械のパラメータに基づくことができ
る。たとえば、要求および速度は、開ループ制御に使用
され得る。閉ループ制御の場合、電流リプル自体を表す
信号が、コンデンサ電流リプルを最小化するような移相
の値を導出するために使用できる。
【００２２】さらに詳しくは、本発明は、多相切換式リ
ラクタンス機械のコントローラであって、要求入力に従
って機械の第１および第２の位相を順に通電する第１お
よび第２のチョッピング信号を生成する手段と、２つの
位相の励磁が同時であるときに、第１の位相のチョッピ
ング信号に対して第２の位相の第２のチョッピング信号
を移相する手段とを含むことを特徴とするコントローラ
である。
ラクタンス機械のコントローラであって、要求入力に従
って機械の第１および第２の位相を順に通電する第１お
よび第２のチョッピング信号を生成する手段と、２つの
位相の励磁が同時であるときに、第１の位相のチョッピ
ング信号に対して第２の位相の第２のチョッピング信号
を移相する手段とを含むことを特徴とするコントローラ
である。
【００２３】本発明において、クロック手段と、遅延手
段と、セレクタ手段とを含み、チョッピング信号はクロ
ック信号出力から導出され、クロック信号出力と遅延手
段からの遅延クロック信号出力との間で切換え可能であ
り、該セレクタ手段は、一方の位相のチョッピング信号
を移相するためにクロック信号出力と遅延クロック信号
出力との間で選択するように構成されていることを特徴
とする。
段と、セレクタ手段とを含み、チョッピング信号はクロ
ック信号出力から導出され、クロック信号出力と遅延手
段からの遅延クロック信号出力との間で切換え可能であ
り、該セレクタ手段は、一方の位相のチョッピング信号
を移相するためにクロック信号出力と遅延クロック信号
出力との間で選択するように構成されていることを特徴
とする。
【００２４】本発明において、前記機械の１以上の監視
パラメータの変動に対する遅延の値を格納する探索手段
を含み、前記移相手段は、監視パラメータに基づく遅延
値に対応する前記探索手段からの出力に従って移相を変
化させて、一方のチョッピング信号の他方に対する移相
を設定するように動作可能であることを特徴とする。
パラメータの変動に対する遅延の値を格納する探索手段
を含み、前記移相手段は、監視パラメータに基づく遅延
値に対応する前記探索手段からの出力に従って移相を変
化させて、一方のチョッピング信号の他方に対する移相
を設定するように動作可能であることを特徴とする。
【００２５】本発明において、前記機械の１以上の監視
パラメータから遅延値を確定する計算手段を含み、該計
算手段は、遅延手段に遅延値を出力して、遅延された電
流チョッピング信号の移相を設定するように動作可能で
あることを特徴とする。
パラメータから遅延値を確定する計算手段を含み、該計
算手段は、遅延手段に遅延値を出力して、遅延された電
流チョッピング信号の移相を設定するように動作可能で
あることを特徴とする。
【００２６】本発明において、前記機械の監視パラメー
タが、要求電流、相電流の大きさ、相電流デューティサ
イクル、回転子角度および機械速度を含む群から選択さ
れることを特徴とする。
タが、要求電流、相電流の大きさ、相電流デューティサ
イクル、回転子角度および機械速度を含む群から選択さ
れることを特徴とする。
【００２７】本発明において、監視パラメータまたは監
視パラメータのうちの１つが前記機械の直流リンクにお
ける電流リプルであることを特徴とする。
視パラメータのうちの１つが前記機械の直流リンクにお
ける電流リプルであることを特徴とする。
【００２８】本発明において、監視パラメータから電流
リプルを相殺する制御出力を生成するように構成された
レギュレータを含み、前記移相手段は、前記一方の位相
のチョッピング信号の移相を設定して、直流リンクにお
ける電流リプルを低減するようにレギュレータの出力に
従って可変であることを特徴とする。
リプルを相殺する制御出力を生成するように構成された
レギュレータを含み、前記移相手段は、前記一方の位相
のチョッピング信号の移相を設定して、直流リンクにお
ける電流リプルを低減するようにレギュレータの出力に
従って可変であることを特徴とする。
【００２９】本発明において、前記レギュレータのため
に直流リンクにおける電流リプルから電流リプル信号を
生成する帯域フィルタを含むことを特徴とする。
に直流リンクにおける電流リプルから電流リプル信号を
生成する帯域フィルタを含むことを特徴とする。
【００３０】本発明において、前記レギュレータが比例
制御出力を生成することを特徴とする。
制御出力を生成することを特徴とする。
【００３１】本発明において、制御出力を、第２の電流
チョッピング信号の移相の所定の最大値に制限するリミ
ッタをさらに含むことを特徴とする。
チョッピング信号の移相の所定の最大値に制限するリミ
ッタをさらに含むことを特徴とする。
【００３２】本発明は、上述のいずれかの構成のコント
ローラを含むことを特徴とする切換式リラクタンス駆動
システムである。
ローラを含むことを特徴とする切換式リラクタンス駆動
システムである。
【００３３】本発明は、多相切換式リラクタンス駆動の
直流リンクにおける電流リプルを低減する方法であっ
て、要求入力に従って電気機械の第１および第２の位相
を順に通電する第１および第２のチョッピング信号を生
成し、２つの位相の励磁が同時であるときに、第１の位
相のチョッピング信号に対して第２の位相の第２のチョ
ッピング信号を移相することを特徴とする方法である。
直流リンクにおける電流リプルを低減する方法であっ
て、要求入力に従って電気機械の第１および第２の位相
を順に通電する第１および第２のチョッピング信号を生
成し、２つの位相の励磁が同時であるときに、第１の位
相のチョッピング信号に対して第２の位相の第２のチョ
ッピング信号を移相することを特徴とする方法である。
【００３４】本発明において、２つの位相の励磁が同時
であるときに、位相の一方に対して少なくとも第１およ
び第２のチョッピング信号の間で選択することによって
移相が実行されることを特徴とする。
であるときに、位相の一方に対して少なくとも第１およ
び第２のチョッピング信号の間で選択することによって
移相が実行されることを特徴とする。
【００３５】本発明において、駆動装置の少なくとも１
つの監視パラメータに関係する遅延の値を格納し、格納
された遅延の値に従って、第２のチョッピング信号の移
相を設定することとを特徴とする。
つの監視パラメータに関係する遅延の値を格納し、格納
された遅延の値に従って、第２のチョッピング信号の移
相を設定することとを特徴とする。
【００３６】本発明において、駆動装置の少なくとも１
つの監視パラメータから移相値を計算し、計算値に従っ
て第２のチョッピング信号の移相を設定することを特徴
とする。
つの監視パラメータから移相値を計算し、計算値に従っ
て第２のチョッピング信号の移相を設定することを特徴
とする。
【００３７】本発明において、駆動装置の監視パラメー
タが、要求電流、相電流の大きさ、相電流デューティサ
イクル、回転子角度および機械速度であることを特徴と
する。
タが、要求電流、相電流の大きさ、相電流デューティサ
イクル、回転子角度および機械速度であることを特徴と
する。
【００３８】本発明において、監視パラメータが駆動装
置の直流リンクにおける電流リプルであることを特徴と
する。
置の直流リンクにおける電流リプルであることを特徴と
する。
【００３９】本発明において、監視パラメータから電流
リプルを相殺する制御出力を生成し、制御出力に従って
第２のチョッピング信号の移相を変化させて、直流リン
クにおける電流リプルを低減するために第２の電流チョ
ッピング信号の移相を設定することを含むことを特徴と
する。
リプルを相殺する制御出力を生成し、制御出力に従って
第２のチョッピング信号の移相を変化させて、直流リン
クにおける電流リプルを低減するために第２の電流チョ
ッピング信号の移相を設定することを含むことを特徴と
する。
【００４０】本発明において、電流リプルを示す信号が
帯域ろ波されることを特徴とする。
帯域ろ波されることを特徴とする。
【００４１】
【発明の実施の形態】本発明は、様々な態様で実施する
ことができ、それらのいくつかの実施形態を以下に添付
図面に関して例示として説明する。
ことができ、それらのいくつかの実施形態を以下に添付
図面に関して例示として説明する。
【００４２】本発明の例示される実施形態の第１群は、
コンデンサ電流リプルを低減するために開ループ技法を
使用する。図７は、図６と同じ波形を示しているが、こ
こでは、第１の位相に対する第２の相巻線の電流の位相
が選択されている。位相差は、図示のとおり、時間Δｔ
によって定義される。図７（ｂ）および（ｃ）の精査に
よって、第１に対する第２の電流の波形の位置の変動
（すなわち、遅延Δｔ）は、２つの相電流が結合する態
様を変える働きをすることが判る。Δｔがゼロまたはチ
ョッピング波形Ｔの周期である場合、２つの相電流の付
加が最大リプル電流を生じることは明白であろう。それ
ゆえ、Δｔのいくつかの中間値において、コンデンサリ
プル電流の最小値が存在するはずである。したがって、
システムはコンデンサ定格を最小化するように「調整さ
れ」得ることになる。
コンデンサ電流リプルを低減するために開ループ技法を
使用する。図７は、図６と同じ波形を示しているが、こ
こでは、第１の位相に対する第２の相巻線の電流の位相
が選択されている。位相差は、図示のとおり、時間Δｔ
によって定義される。図７（ｂ）および（ｃ）の精査に
よって、第１に対する第２の電流の波形の位置の変動
（すなわち、遅延Δｔ）は、２つの相電流が結合する態
様を変える働きをすることが判る。Δｔがゼロまたはチ
ョッピング波形Ｔの周期である場合、２つの相電流の付
加が最大リプル電流を生じることは明白であろう。それ
ゆえ、Δｔのいくつかの中間値において、コンデンサリ
プル電流の最小値が存在するはずである。したがって、
システムはコンデンサ定格を最小化するように「調整さ
れ」得ることになる。
【００４３】チョッピングクロックの周波数が変えられ
た場合（たとえば、音響雑音を低減するための疑似ラン
ダム法によって）、周期Δｔも適切な態様で変えなけれ
ばならないことに留意されたい。代替的に、遅延は、Δ
ｔの正しい値に自動的に変換するような固定の位相角と
して定義されてもよい。
た場合（たとえば、音響雑音を低減するための疑似ラン
ダム法によって）、周期Δｔも適切な態様で変えなけれ
ばならないことに留意されたい。代替的に、遅延は、Δ
ｔの正しい値に自動的に変換するような固定の位相角と
して定義されてもよい。
【００４４】たとえば、励磁シーケンスＡ，ＡＢ，Ｂ，
ＢＣ…を使用する三相システム（ＡＢＣ）では、調整
は、既にチョッピングしている位相の前のトリガの前ま
たは後で、所定の時間Δｔにおける入力側の位相をトリ
ガする際に存在し得る。この場合、位相Ｂは、コンデン
サ電流リプルを最小化するためにＡのΔｔ後にトリガさ
れ得る。適切な回転子角度で、位相Ａの励磁は停止し、
位相Ｂだけが継続する。さらに別の回転子角度で位相Ｃ
が導入されると、チョッピングクロックに対してゼロの
移相が使用される（位相Ｂに対して−Δｔの有効移相を
与える）。位相Ｂの励磁が完了し、位相Ｃだけが励磁さ
れていることになると、位相Ａが、位相Ｃに対してΔｔ
の位相角で再導入される。位相Ｃは、チョッピングクロ
ックに関してその以前の位置に対してやはりΔｔであ
る。
ＢＣ…を使用する三相システム（ＡＢＣ）では、調整
は、既にチョッピングしている位相の前のトリガの前ま
たは後で、所定の時間Δｔにおける入力側の位相をトリ
ガする際に存在し得る。この場合、位相Ｂは、コンデン
サ電流リプルを最小化するためにＡのΔｔ後にトリガさ
れ得る。適切な回転子角度で、位相Ａの励磁は停止し、
位相Ｂだけが継続する。さらに別の回転子角度で位相Ｃ
が導入されると、チョッピングクロックに対してゼロの
移相が使用される（位相Ｂに対して−Δｔの有効移相を
与える）。位相Ｂの励磁が完了し、位相Ｃだけが励磁さ
れていることになると、位相Ａが、位相Ｃに対してΔｔ
の位相角で再導入される。位相Ｃは、チョッピングクロ
ックに関してその以前の位置に対してやはりΔｔであ
る。
【００４５】図８は、本発明の実施形態にしたがったコ
ントローラを示す。チョッピングクロックを表す信号が
ライン４１上に示されている。この信号はまた、Δｔの
遅延を付加するブロック４２も通過する。スイッチ４６
は、フリップフロップ４４のＳＥＴ入力に供給される適
切な信号を選択するために、制御システムによってトグ
ルされる。ＲＥＳＥＴ入力は、電流要求が相巻線の実際
の電流より高いかまたは低いかを決定するコンパレータ
４３から供給される。ライン４５のフリップフロップの
出力は、パワーコンバータにおける１つの相巻線用の単
数または複数のスイッチをトリガするために、従来の角
度整流情報とともに使用される。図８に示された回路が
駆動システムにおける他の位相のそれぞれについて複製
されることが理解されよう。
ントローラを示す。チョッピングクロックを表す信号が
ライン４１上に示されている。この信号はまた、Δｔの
遅延を付加するブロック４２も通過する。スイッチ４６
は、フリップフロップ４４のＳＥＴ入力に供給される適
切な信号を選択するために、制御システムによってトグ
ルされる。ＲＥＳＥＴ入力は、電流要求が相巻線の実際
の電流より高いかまたは低いかを決定するコンパレータ
４３から供給される。ライン４５のフリップフロップの
出力は、パワーコンバータにおける１つの相巻線用の単
数または複数のスイッチをトリガするために、従来の角
度整流情報とともに使用される。図８に示された回路が
駆動システムにおける他の位相のそれぞれについて複製
されることが理解されよう。
【００４６】この構成の場合は、Δｔ＝Ｔ／２（ここ
で、Ｔはチョッピングクロックの周期）、すなわち位相
遅延が１８０°のときであることが理解されよう。この
場合、単一のマーク対スペース比を備えるクロック信号
を使用することができ、個々の入力側の位相は立上りま
たは立下り区間の次のものでオフに駆動される。これ
は、以下に説明するように、電流のインタリーブを生じ
る。位相Ａがクロックの立上り区間により制御されてい
る状態でオフからチョッピングシーケンスがスタートす
る場合、入力側の位相Ｂは立下り区間から制御されなけ
ればならない。回転子が位相Ｃが励磁される位置に進む
と、それは、位相Ｂと正しくインタリーブするために、
立上り区間から制御されなければならない。位相Ａが次
に要求されるとき、それは立下り区間から制御されなけ
ればならない（以前は立上り区間から制御されたのであ
るが）。
で、Ｔはチョッピングクロックの周期）、すなわち位相
遅延が１８０°のときであることが理解されよう。この
場合、単一のマーク対スペース比を備えるクロック信号
を使用することができ、個々の入力側の位相は立上りま
たは立下り区間の次のものでオフに駆動される。これ
は、以下に説明するように、電流のインタリーブを生じ
る。位相Ａがクロックの立上り区間により制御されてい
る状態でオフからチョッピングシーケンスがスタートす
る場合、入力側の位相Ｂは立下り区間から制御されなけ
ればならない。回転子が位相Ｃが励磁される位置に進む
と、それは、位相Ｂと正しくインタリーブするために、
立上り区間から制御されなければならない。位相Ａが次
に要求されるとき、それは立下り区間から制御されなけ
ればならない（以前は立上り区間から制御されたのであ
るが）。
【００４７】別の開ループ方法は可変値のΔｔを使用
し、その結果、コンデンサ電流リプルは多様なロードポ
イント、速度、トルク、電流などについて最小化され
る。Δｔのそれらの値は、コンデンサ電流を確実に計算
するために十分に正確な機械のモデルを用いた設計およ
びシミュレーションによってか、または駆動装置の初期
試験の間における経験的測定のいずれかによって、決定
される。それらの値は、たとえば、速度および／または
負荷および／または回転子角度の関数として特性化さ
れ、スイッチオンおよびスイッチオフ角度が格納される
のと同様にして、ルックアップテーブルに格納される。
適切な値が、相巻線のチョッピング周期の開始時、また
は制御システムに適当ないずれかの他の時点に、テーブ
ルから読出され得る。この実施形態はディジタル制御シ
ステムに特に適する。この技法を実施する１回路が図９
に示されており、ここにおいて、テーブル４８はΔｔの
適切な値を保持し、要求電流および／または回転子角度
および／または速度によって索引づけされている。これ
を除き、図９の回路は、図８のものと同一であり、同一
部分には同一の参照数字が使用されている。ルックアッ
プテーブル４８への速度信号は、上述のような回転子位
置センサの出力からなど、当該技術において周知の多様
な方法で導出され得る。
し、その結果、コンデンサ電流リプルは多様なロードポ
イント、速度、トルク、電流などについて最小化され
る。Δｔのそれらの値は、コンデンサ電流を確実に計算
するために十分に正確な機械のモデルを用いた設計およ
びシミュレーションによってか、または駆動装置の初期
試験の間における経験的測定のいずれかによって、決定
される。それらの値は、たとえば、速度および／または
負荷および／または回転子角度の関数として特性化さ
れ、スイッチオンおよびスイッチオフ角度が格納される
のと同様にして、ルックアップテーブルに格納される。
適切な値が、相巻線のチョッピング周期の開始時、また
は制御システムに適当ないずれかの他の時点に、テーブ
ルから読出され得る。この実施形態はディジタル制御シ
ステムに特に適する。この技法を実施する１回路が図９
に示されており、ここにおいて、テーブル４８はΔｔの
適切な値を保持し、要求電流および／または回転子角度
および／または速度によって索引づけされている。これ
を除き、図９の回路は、図８のものと同一であり、同一
部分には同一の参照数字が使用されている。ルックアッ
プテーブル４８への速度信号は、上述のような回転子位
置センサの出力からなど、当該技術において周知の多様
な方法で導出され得る。
【００４８】さらに別の開ループ方法は、相巻線におい
てチョッピングが開始するごとに、Δｔの適切な値を計
算することである。これは、図１０に例示したような回
路によって実現できる。この特定の例示において、計算
ブロック４９は、電流要求および／または速度要求およ
び／または回転子角度の値をその入力として有し、Δｔ
の出力を与える。本実施形態は、アナログ制御回路およ
びマイクロプロセッサベースシステムの両方に適切であ
る。図１０の回路は、ルックアップテーブル４８が計算
ブロック４９で代替されたことを除き、図９の回路と同
一である。ほかの点では、同一部分には同一の参照数字
が使用されている。
てチョッピングが開始するごとに、Δｔの適切な値を計
算することである。これは、図１０に例示したような回
路によって実現できる。この特定の例示において、計算
ブロック４９は、電流要求および／または速度要求およ
び／または回転子角度の値をその入力として有し、Δｔ
の出力を与える。本実施形態は、アナログ制御回路およ
びマイクロプロセッサベースシステムの両方に適切であ
る。図１０の回路は、ルックアップテーブル４８が計算
ブロック４９で代替されたことを除き、図９の回路と同
一である。ほかの点では、同一部分には同一の参照数字
が使用されている。
【００４９】図１０は、計算ブロック４９を、速度、回
転子位置および電流要求の入力を有するものとして示し
ている。他のパラメータまたは変数を使用することもで
きる。たとえば、コンデンサにおける電流リプルの大き
さは、アクティブな位相における電流の大きさおよびデ
ューティサイクル、およびそれらの間の位相角の関数で
あることが知られている。したがって、コンデンサリプ
ル電流を最小化するようなΔｔの値を求めるために、電
流の大きさおよび計算または測定されたデューティサイ
クルの入力を使用することが可能である。したがって、
本発明のこの代替実施形態は、Δｔの適切な値を生成す
るために、計算ブロック４９への相電流の大きさおよび
デューティサイクルの入力を使用するであろう。
転子位置および電流要求の入力を有するものとして示し
ている。他のパラメータまたは変数を使用することもで
きる。たとえば、コンデンサにおける電流リプルの大き
さは、アクティブな位相における電流の大きさおよびデ
ューティサイクル、およびそれらの間の位相角の関数で
あることが知られている。したがって、コンデンサリプ
ル電流を最小化するようなΔｔの値を求めるために、電
流の大きさおよび計算または測定されたデューティサイ
クルの入力を使用することが可能である。したがって、
本発明のこの代替実施形態は、Δｔの適切な値を生成す
るために、計算ブロック４９への相電流の大きさおよび
デューティサイクルの入力を使用するであろう。
【００５０】上述の開ループの実施形態は、コンデンサ
電流リプルの有益な低減をもたらす。導通周期の間のイ
ンタリーブした波形の変化は、Δｔの最適値を動的に選
択し、それによってコンデンサ電流リプルを最小化する
ために閉ループ制御を使用する、本発明の実施形態にお
いて適応され得る。最小化は、多数の周知の極小化関数
のいずれか１つに従って実行できる。これは、上述の開
ループシステムの拡張である。なぜなら、２つの位相の
デューティサイクル間の不一致にかかわらず、極小化関
数は、リプル電流が最小値である位相角を見つけるはず
だからである。これは、従来のデータの特性化または記
憶がまったく要求されないという点で、さらなる利点を
有する。ゼロのコンデンサ電流リプルの固定要求、実際
のコンデンサ電流リプルを示す信号および適当なフィル
タを有する制御ループが導入され、その結果、コンデン
サ電流のチョッピング周波数成分だけがコントローラに
影響する。（コンデンサ電流には、たとえば電源からの
整流器リプルおよび／またはＳＲ機械における基本的な
相間スイッチングに起因する低周波成分も存在するであ
ろう。）必要なフィードバックを付与する様々な方法を
以下に説明する。
電流リプルの有益な低減をもたらす。導通周期の間のイ
ンタリーブした波形の変化は、Δｔの最適値を動的に選
択し、それによってコンデンサ電流リプルを最小化する
ために閉ループ制御を使用する、本発明の実施形態にお
いて適応され得る。最小化は、多数の周知の極小化関数
のいずれか１つに従って実行できる。これは、上述の開
ループシステムの拡張である。なぜなら、２つの位相の
デューティサイクル間の不一致にかかわらず、極小化関
数は、リプル電流が最小値である位相角を見つけるはず
だからである。これは、従来のデータの特性化または記
憶がまったく要求されないという点で、さらなる利点を
有する。ゼロのコンデンサ電流リプルの固定要求、実際
のコンデンサ電流リプルを示す信号および適当なフィル
タを有する制御ループが導入され、その結果、コンデン
サ電流のチョッピング周波数成分だけがコントローラに
影響する。（コンデンサ電流には、たとえば電源からの
整流器リプルおよび／またはＳＲ機械における基本的な
相間スイッチングに起因する低周波成分も存在するであ
ろう。）必要なフィードバックを付与する様々な方法を
以下に説明する。
【００５１】図１１は、ＤＣリンクコンデンサ２５と直
列に電流測定分流器５０を備えるシステムを示してい
る。分流器にわたる電圧は帯域フィルタ５２を介して供
給され、コンデンサリプル電流を示す信号を生成する。
直流コンデンサにおけるリプル電流の特性は、本質的
に、そのエネルギーのほとんどが基本チョッピング周波
数および最初のいくつかの高調波に集中している方形波
のそれである。帯域通過の幅は、リプルエネルギーが直
流リンクコンデンサにおいて生起する周波数の範囲の検
討と、過度に広い帯域通過による雑音の拒絶との間の妥
協である。帯域を適切な数のリプル電流の高調波に制限
することによって、過度な雑音エネルギーを通過させる
ことなく、効果の最大部分も同じく実現できる。
列に電流測定分流器５０を備えるシステムを示してい
る。分流器にわたる電圧は帯域フィルタ５２を介して供
給され、コンデンサリプル電流を示す信号を生成する。
直流コンデンサにおけるリプル電流の特性は、本質的
に、そのエネルギーのほとんどが基本チョッピング周波
数および最初のいくつかの高調波に集中している方形波
のそれである。帯域通過の幅は、リプルエネルギーが直
流リンクコンデンサにおいて生起する周波数の範囲の検
討と、過度に広い帯域通過による雑音の拒絶との間の妥
協である。帯域を適切な数のリプル電流の高調波に制限
することによって、過度な雑音エネルギーを通過させる
ことなく、効果の最大部分も同じく実現できる。
【００５２】帯域フィルタ５２の出力は、制御レギュレ
ータ５４に供給される。このレギュレータは、制御シス
テムに精通した者にとっては明白であろうが、いくつか
の形態をとることができる。その最も単純な形態では、
それは、慎重に選択された固定ゲインを備える比例コン
トローラとすることができる。より良好な解決手段は、
Δｔの値が変化するとリプルの最小値を能動的に探索す
るような最小化コントローラを使用することである。一
般的に言って、電流およびデューティサイクルの全部の
値についてゼロのリプルが実現されることはまずあり得
ないが、最小化コントローラは、最小の定常状態誤差を
与える条件を求めるはずである。
ータ５４に供給される。このレギュレータは、制御シス
テムに精通した者にとっては明白であろうが、いくつか
の形態をとることができる。その最も単純な形態では、
それは、慎重に選択された固定ゲインを備える比例コン
トローラとすることができる。より良好な解決手段は、
Δｔの値が変化するとリプルの最小値を能動的に探索す
るような最小化コントローラを使用することである。一
般的に言って、電流およびデューティサイクルの全部の
値についてゼロのリプルが実現されることはまずあり得
ないが、最小化コントローラは、最小の定常状態誤差を
与える条件を求めるはずである。
【００５３】レギュレータ５４の出力はリミットブロッ
ク５６に渡される。Δｔが決してクロックサイクルの周
期Ｔより大きくないことが重要である。また、制御ルー
プにおいて安定性が維持されるように、Δｔにスルーリ
ミットが課されることも重要であろう。これらの制約の
両方が、リミットブロック５６によって実施できる。リ
ミットブロック５６の出力は、図１０の計算ブロック４
９に代るブロック４２’への入力である。
ク５６に渡される。Δｔが決してクロックサイクルの周
期Ｔより大きくないことが重要である。また、制御ルー
プにおいて安定性が維持されるように、Δｔにスルーリ
ミットが課されることも重要であろう。これらの制約の
両方が、リミットブロック５６によって実施できる。リ
ミットブロック５６の出力は、図１０の計算ブロック４
９に代るブロック４２’への入力である。
【００５４】図１２は、関係ｉ＝Ｃｄｖ／ｄｔを使用す
ることによってコンデンサ電流を推定するＤＣリンク間
の抵抗分流器を示す。この場合、帯域フィルタは同様
に、チョッピング周波数およびその上の少数の高調波の
成分を通過させるように構成されている。やはり、レギ
ュレータ５４およびリミッタ５６が、図１０における可
変遅延４２’のための制御信号を生成するために使用さ
れている。
ることによってコンデンサ電流を推定するＤＣリンク間
の抵抗分流器を示す。この場合、帯域フィルタは同様
に、チョッピング周波数およびその上の少数の高調波の
成分を通過させるように構成されている。やはり、レギ
ュレータ５４およびリミッタ５６が、図１０における可
変遅延４２’のための制御信号を生成するために使用さ
れている。
【００５５】コンデンサリプル電流を測定する他の手段
は、たとえばホール効果電流センサまたはＡＣ変流器を
使用できるであろう。コンデンサ２５の電気インピーダ
ンスが既知であるならば、コンデンサ間の電圧リプルを
測定し、以下の関係を使用することによって、リプル電
流を評価することが可能であろう。
は、たとえばホール効果電流センサまたはＡＣ変流器を
使用できるであろう。コンデンサ２５の電気インピーダ
ンスが既知であるならば、コンデンサ間の電圧リプルを
測定し、以下の関係を使用することによって、リプル電
流を評価することが可能であろう。
【００５６】Ｉ＝Ｖripple／２πｆrippleＣ ここで、ｆrippleはリプル周波数であり、Ｃはファラド
単位での静電容量である。
単位での静電容量である。
【００５７】フィードバック信号を供給する別の方法
は、パワーコンバータが一般に、個々の相巻線電流を測
定するために変換器を適所に有するという事実を利用す
ることである。その場合、スイッチの状態の知識（パワ
ーコンバータでも入手可能である）によって、相巻線の
電流がコンデンサからの電流（スイッチオン）またはコ
ンデンサへの電流（スイッチオフ）に寄与しているかど
うかを知ることが可能である。これは、コンデンサ波形
の突極部を「再構成」し、電流リプル低減コントローラ
に信号を供給するために効果的に使用することができ
る。この方法の特定の利点は、電力回路において必要と
される構成要素がより少なく、結果として得られる波形
が相対的に高級な電流変換器から導出され、それに雑音
がほとんどない、特に整流器および基本的な位相スイッ
チングにより生じるあらゆる低周波成分がほとんどない
はずであることである。この実施は、高速なディジタル
計算能力を備えるマイクロプロセッサベースまたはＡＳ
ＩＣベースのシステムに最良に適するであろう。
は、パワーコンバータが一般に、個々の相巻線電流を測
定するために変換器を適所に有するという事実を利用す
ることである。その場合、スイッチの状態の知識（パワ
ーコンバータでも入手可能である）によって、相巻線の
電流がコンデンサからの電流（スイッチオン）またはコ
ンデンサへの電流（スイッチオフ）に寄与しているかど
うかを知ることが可能である。これは、コンデンサ波形
の突極部を「再構成」し、電流リプル低減コントローラ
に信号を供給するために効果的に使用することができ
る。この方法の特定の利点は、電力回路において必要と
される構成要素がより少なく、結果として得られる波形
が相対的に高級な電流変換器から導出され、それに雑音
がほとんどない、特に整流器および基本的な位相スイッ
チングにより生じるあらゆる低周波成分がほとんどない
はずであることである。この実施は、高速なディジタル
計算能力を備えるマイクロプロセッサベースまたはＡＳ
ＩＣベースのシステムに最良に適するであろう。
【００５８】上述の例示的実施形態は電動モードの動作
に関して説明したが、本発明が発電モードの動作にも等
しく適用可能であり、コンデンサ電流リプルの同等な低
減をもたらすことが理解されよう。
に関して説明したが、本発明が発電モードの動作にも等
しく適用可能であり、コンデンサ電流リプルの同等な低
減をもたらすことが理解されよう。
【００５９】当業者は、開示された構成の変更が本発明
を逸脱することなく可能であることを理解するであろ
う。したがって、いくつかの実施形態の上述の説明は、
例示のために行われており、限定の目的ではない。当業
者には、上述の動作に対する著しい変更を伴わずにそれ
らの装置に若干の修正を行い得ることが明白であろう。
本発明は、以下の請求項の精神および範囲のみによって
限定されるものである。
を逸脱することなく可能であることを理解するであろ
う。したがって、いくつかの実施形態の上述の説明は、
例示のために行われており、限定の目的ではない。当業
者には、上述の動作に対する著しい変更を伴わずにそれ
らの装置に若干の修正を行い得ることが明白であろう。
本発明は、以下の請求項の精神および範囲のみによって
限定されるものである。
【００６０】
【発明の効果】本発明は、コンデンサ電流を最小化する
ために切換式リラクタンス機械の入力側の相巻線のスイ
ッチングを動的に調整することを含む。これは、既にチ
ョッピングしている位相に対して入力側の位相のチョッ
ピングクロックの位相角を動的に選択することによって
行われる。本発明は、多数の態様で実施できるが、それ
らは概して開ループ実施および閉ループ実施という２つ
の部類にあてはまる。
ために切換式リラクタンス機械の入力側の相巻線のスイ
ッチングを動的に調整することを含む。これは、既にチ
ョッピングしている位相に対して入力側の位相のチョッ
ピングクロックの位相角を動的に選択することによって
行われる。本発明は、多数の態様で実施できるが、それ
らは概して開ループ実施および閉ループ実施という２つ
の部類にあてはまる。
【００６１】２つの位相の励磁から同時に生じるチョッ
ピング波形は、その２つの位相を制御するチョッピング
クロック信号間で移相を設定することによって、電流リ
プルを最小化するために使用できる。
ピング波形は、その２つの位相を制御するチョッピング
クロック信号間で移相を設定することによって、電流リ
プルを最小化するために使用できる。
【００６２】移相の設定は予め設定することができる
か、または、動的開ループまたは閉ループとすることが
できる。開ループまたは閉ループ制御の下で可変である
場合、移相の値は機械のパラメータに基づくことができ
る。たとえば、要求および速度は、開ループ制御に使用
され得る。閉ループ制御の場合、電流リプル自体を表す
信号が、コンデンサ電流リプルを最小化するような移相
の値を導出するために使用できる。
か、または、動的開ループまたは閉ループとすることが
できる。開ループまたは閉ループ制御の下で可変である
場合、移相の値は機械のパラメータに基づくことができ
る。たとえば、要求および速度は、開ループ制御に使用
され得る。閉ループ制御の場合、電流リプル自体を表す
信号が、コンデンサ電流リプルを最小化するような移相
の値を導出するために使用できる。
【図１】周知の切換式リラクタンスシステムの略図を示
す。
す。
【図２】パワーコンバータとの単相巻線の接続を示す。
【図３】周知の単一パルスモードの動作に関する電圧、
相電流およびコンデンサ電流の波形を示す。
相電流およびコンデンサ電流の波形を示す。
【図４】周知のハードチョッピングモードの動作に関す
る相電流および供給電流の波形を示す。
る相電流および供給電流の波形を示す。
【図５】周知のフリーホイールチョッピングモードの動
作に関する相電流および供給電流の波形を示す。
作に関する相電流および供給電流の波形を示す。
【図６】固定周波数電流コントローラに関係する相電流
および供給電流の波形を示す。
および供給電流の波形を示す。
【図７】本発明の一局面に従って動作する固定周波数電
流コントローラに関係する相電流および供給電流の波形
を示す。
流コントローラに関係する相電流および供給電流の波形
を示す。
【図８】本発明の実施の一形態を実施できる回路の図を
示す。
示す。
【図９】本発明の実施の一形態を実施できる別の回路を
示す。
示す。
【図１０】本発明の実施の一形態を実施できるさらに別
の回路を示す。
の回路を示す。
【図１１】コンデンサ電流のフィードバックを付与する
回路を示す。
回路を示す。
【図１２】コンデンサ電流のフィードバックを付与する
代替的回路を示す。
代替的回路を示す。
【符号の説明】 １１ 入力ＤＣ電源 １２ 切換式リラクタンスモータ １３ パワーコンバータ １４ 電子制御装置 １５回転子位置検出器 １６ 相巻線 ２１，２２ スイッチング装置 ２３，２４ エネルギーリカバリダイオード ２５ コンデンサ ２６，２７ 母線 ４１ ライン ４２，４２’ Δｔ遅延付加ブロック ４３ コンパレータ ４４ フリップフロップ ４５ ライン ４６ スイッチ ４８ ルックアップテーブル ４９ 計算ブロック ５０ 電流測定分流器 ５２ 帯域フィルタ ５４ 制御レギュレータ ５６ リミッタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 596039176 Ｅａｓｔ Ｐａｒｋ Ｈｏｕｓｅ，Ｏｔｌ ｅｙ Ｒｏａｄ，Ｈａｒｒｏｇａｔｅ，Ｎ ｏｒｔｈ Ｙｏｒｋｓｈｉｒｅ ＨＧ３ １ＰＲ，Ｅｎｇｌａｎｄ (72)発明者 ターナー，マイケル ジェームズ イギリス国 リーズ ヘディングレイ グ ランビー マウント ８ (72)発明者 エリオット，チャールズ リチャード イギリス国 リーズ カルバーレー チャ ペル ストリート 17 Ｆターム(参考） 5H550 BB02 DD09 GG05 HA06 HB16
Claims (19)
- 【請求項１】 多相切換式リラクタンス機械のコントロ
ーラであって、 要求入力に従って機械の第１および第２の位相を順に通
電する第１および第２のチョッピング信号を生成する手
段と、２つの位相の励磁が同時であるときに、第１の位
相のチョッピング信号に対して第２の位相の第２のチョ
ッピング信号を移相する手段とを含むことを特徴とする
コントローラ。 - 【請求項２】 クロック手段と、遅延手段と、セレクタ
手段とを含み、チョッピング信号はクロック信号出力か
ら導出され、クロック信号出力と遅延手段からの遅延ク
ロック信号出力との間で切換え可能であり、該セレクタ
手段は、一方の位相のチョッピング信号を移相するため
にクロック信号出力と遅延クロック信号出力との間で選
択するように構成されていることを特徴とする請求項１
記載のコントローラ。 - 【請求項３】 前記機械の１以上の監視パラメータの変
動に対する遅延の値を格納する探索手段を含み、前記移
相手段は、監視パラメータに基づく遅延値に対応する前
記探索手段からの出力に従って移相を変化させて、一方
のチョッピング信号の他方に対する移相を設定するよう
に動作可能であることを特徴とする請求項２記載のコン
トローラ。 - 【請求項４】 前記機械の１以上の監視パラメータから
遅延値を確定する計算手段を含み、該計算手段は、遅延
手段に遅延値を出力して、遅延された電流チョッピング
信号の移相を設定するように動作可能であることを特徴
とする請求項２記載のコントローラ。 - 【請求項５】 前記機械の監視パラメータが、要求電
流、相電流の大きさ、相電流デューティサイクル、回転
子角度および機械速度を含む群から選択されることを特
徴とする請求項３または４記載のコントローラ。 - 【請求項６】 監視パラメータまたは監視パラメータの
うちの１つが前記機械の直流リンクにおける電流リプル
であることを特徴とする請求項４記載のコントローラ。 - 【請求項７】 監視パラメータから電流リプルを相殺す
る制御出力を生成するように構成されたレギュレータを
含み、前記移相手段は、前記一方の位相のチョッピング
信号の移相を設定して、直流リンクにおける電流リプル
を低減するようにレギュレータの出力に従って可変であ
ることを特徴とする請求項６記載のコントローラ。 - 【請求項８】 前記レギュレータのために直流リンクに
おける電流リプルから電流リプル信号を生成する帯域フ
ィルタを含むことを特徴とする請求項７記載のコントロ
ーラ。 - 【請求項９】 前記レギュレータが比例制御出力を生成
することを特徴とする請求項７または８記載のコントロ
ーラ。 - 【請求項１０】 制御出力を、第２の電流チョッピング
信号の移相の所定の最大値に制限するリミッタをさらに
含むことを特徴とする請求項７，８および９のいずれか
に記載のコントローラ。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれかに記載のコ
ントローラを含むことを特徴とする切換式リラクタンス
駆動システム。 - 【請求項１２】 多相切換式リラクタンス駆動の直流リ
ンクにおける電流リプルを低減する方法であって、 要求入力に従って電気機械の第１および第２の位相を順
に通電する第１および第２のチョッピング信号を生成
し、 ２つの位相の励磁が同時であるときに、第１の位相のチ
ョッピング信号に対して第２の位相の第２のチョッピン
グ信号を移相することを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 ２つの位相の励磁が同時であるとき
に、位相の一方に対して少なくとも第１および第２のチ
ョッピング信号の間で選択することによって移相が実行
されることを特徴とする請求項１２記載の方法。 - 【請求項１４】 駆動装置の少なくとも１つの監視パラ
メータに関係する遅延の値を格納し、 格納された遅延の値に従って、第２のチョッピング信号
の移相を設定することとを特徴とする請求項１２または
１３記載の方法。 - 【請求項１５】 駆動装置の少なくとも１つの監視パラ
メータから移相値を計算し、 計算値に従って第２のチョッピング信号の移相を設定す
ることを特徴とする請求項１２または１３記載の方法。 - 【請求項１６】 駆動装置の監視パラメータが、要求電
流、相電流の大きさ、相電流デューティサイクル、回転
子角度および機械速度であることを特徴とする請求項１
４または１５記載の方法。 - 【請求項１７】 監視パラメータが駆動装置の直流リン
クにおける電流リプルであることを特徴とする請求項１
４または１５記載の方法。 - 【請求項１８】 監視パラメータから電流リプルを相殺
する制御出力を生成し、 制御出力に従って第２のチョッピング信号の移相を変化
させて、直流リンクにおける電流リプルを低減するため
に第２の電流チョッピング信号の移相を設定することを
含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。 - 【請求項１９】 電流リプルを示す信号が帯域ろ波され
ることを特徴とする請求項１７または１８記載の方法。
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|---|---|---|---|
| GB0028733.4 | 2000-11-24 | ||
| GBGB0028733.4A GB0028733D0 (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Current chopping in switched reluctance drive systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002199784A true JP2002199784A (ja) | 2002-07-12 |
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Family
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001356629A Expired - Fee Related JP3821694B2 (ja) | 2000-11-24 | 2001-11-21 | 切換式リラクタンス駆動システムにおける電流チョッピング |
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|---|---|
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| EP (1) | EP1209806B1 (ja) |
| JP (1) | JP3821694B2 (ja) |
| KR (1) | KR100793213B1 (ja) |
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| DE (1) | DE60114750T2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| AU2003236721A1 (en) * | 2002-06-26 | 2004-01-19 | Ebm-Papst St. Georgen Gmbh And Co. Kg | Polyphase brushless dc motor |
| EP1678818A1 (en) * | 2003-09-30 | 2006-07-12 | Emerson Electric Co. | Position detection for a switched reluctance machine |
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