JP2002369568A - スイッチトリラクタンスモータの励磁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電源から引出される電流を増大させることな
く、得られるトルクを増大させる。 【解決手段】 スイッチトリラクタンス駆動装置は電源
から電力供給される。機械の位相は、特定の出力につい
て引出される供給電流を最小限にするための励磁方策を
使用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。方策は、前の位相を、次の位相が励磁される間
に、前の位相が正トルクを生じる限り、フリーホイール
させることである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スイッチトリラク
タンスモータの励磁に関する。詳細には、ある特定の出
力について引出される供給電流を最小限にするための励
磁に関する。

【０００２】

【従来の技術】スイッチトリラクタンスシステムの特性
および動作は、当業において公知であり、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「スイッチト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, de
sign and application of switched reluctance motors
and drives" by Stephenson and Blake, PCIM'93, Nuer
nberg, 21-24 June 1993）に記載されている。図１は、
スイッチトリラクタンスモータ１２が負荷１９を駆動す
る、典型的なスイッチト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１１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間でスイッチされる。スイッチング
は、駆動装置の適正な動作のために回転子の回転角度と
正しく同期されなければならず、一般に回転子位置検出
器１５が回転子の角位置に対応する信号を供給するため
に使用される。回転子位置検出器１５は、多くの形態を
とることができ、その出力は速度フィードバック信号を
生成するためにも使用され得る。

【０００３】多様なパワーコンバータトポロジが知られ
ており、そのいくつかは上記のStephensonの論文におい
て検討されている。多相システムの単相用の最も普通の
機器構成の１つが図２に示されており、ここにおいて、
機械の相巻線１６は母線２６および２７間の２個のスイ
ッチング素子２１および２２と直列に接続されている。
母線２６および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が開かれたときに巻線電流
がＤＣリンクに流れ戻ることができるように、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、またはそ
れ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から構成することがで
き、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得る。

【０００４】いずれのシステムの場合も、固定子に対す
る回転子の位置を知る必要性がある。高分解能レゾルバ
を使用することもできるが、それらは大多数の用途につ
いて相対的に高額で不必要に複雑である。代わりに、回
転子に固定されたキャストレイテッド部材および固定子
に対して固定された１組の検出器から構成される、相対
的に単純な回転子位置検出器（ｒｐｔ）が通常使用され
る。普通のシステムは、存在する回転子極の数と同数の
歯を備える円板またはカップ形ベーンを回転子に、それ
とともに、一般に駆動装置の各相に１つの検出器ずつ、
光学式または磁気検出器を固定子に使用する。

【０００５】スイッチト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り特徴づけられる。周
知のとおり、スイッチトリラクタンスシステムの動作の
２つの基本的なモードが存在し、チョッピングモードお
よび単一パルスモードであり、両方とも上記のStephens
onの論文に記載されている。図３は、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
巻線に典型的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
いて定電圧を供給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、
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と、エネルギリターンの
期間中にコンバータへ流れ戻る電流とを示している。両
方のスイッチを同時に開く代わりに、他方に先立って一
方のスイッチを開き、閉じたスイッチ、相巻線およびダ
イオード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」として知られており、ピー
ク電流の制限や音響雑音の低減を含む、様々な理由で使
用されている。単一パルスモードは通常、典型的な駆動
装置における速度範囲の中速度および高速度に対して使
用される。

【０００６】しかし、ゼロおよび低速度では、単一パル
スモードは、現れ得る高ピーク電流のために適当ではな
く、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つの主要な変種が存在する。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２１および２２を同時に開くこと
である。これはエネルギを機械から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。もう一方の方法は、スイッチの一方だけを開き、
フリーホイーリングが生じ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、相巻線からＤＣリンクへエネルギはまったく戻され
ない。

【０００７】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方策の選択肢が存
在する。多くのそうした方策が当業で公知である。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
使用することである。典型的な方式がハードチョッピン
グについて図４に示されている。選択されたスイッチオ
ン角度θ_on（これはたいてい、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であ
ってもよい）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Ｉ_u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Ｉ_l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
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
数の低減は直ちに明白である。

【０００８】スイッチトリラクタンスモータはここで、
電流制御および、暗示的にコントローラへのそのフィー
ドバックに関連して述べているが、当業者は、スイッチ
トリラクタンスモータの出力が、代わりに磁束制御に委
ねることができることを理解するであろう。実際、磁束
は、出力トルクまたは力とより直接的な関係を有し、し
たがってモータ制御の基礎をなすためのより正確な特性
となり得る。

【０００９】上記のいずれも、２つ以上の位相の寄与を
検討する際に生じることを考慮していない。この状況で
は、個々の位相と関係する母線電流は合計され全ＤＣリ
ンク電流を与える。

【００１０】一緒に動作する２以上の位相は、多様なシ
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、本譲受人に
譲渡された、米国特許公報第５７４７９６２号は、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、機
械の最小トルクおよび平均トルク出力の両方を改善する
ために、各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る。したがって、
Ａ，ＡＢ，Ｂ，ＢＣ，Ｃ，ＣＡ，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。

【００１１】また、たとえば歯の角度幅が位相からのト
ルクブロックの所要の角度幅と一致するように、ｒｐｔ
のマーク対スペース比を修正することも知られている。
このように、あらゆる所要のオーバラップの量がｒｐｔ
からの信号を直接用いて生成され得る。しかし、このト
ルクオーバラップは、オーバラップの領域の間における
供給電流を直ちに増大させ、それは容認できないかもし
れない。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】こうした励磁は電源に
著しく増大した負担を課す。一部の用途ではＤＣリンク
電流の絶対的大きさはたとえばトルク出力に対して二義
的であるが、他の用途では、電源が限られた容量しか持
たないかもしれないので、ＤＣリンク電流に極端に敏感
である。一般に、そのようなシステムは、独立形発電を
備える現場または、自動車、船舶、航空宇宙用途といっ
た移動体状況に見られる。これらは、ピーク電流需要の
ために２相による同時導通が存在する駆動装置には不適
である。

【００１３】本発明の目的は、電源から引出される電流
を増大させることなく、得られるトルクを増大させるこ
とができる多相スイッチトリラクタンスモータを制御す
る方法、多相スイッチトリラクタンス駆動装置およびス
イッチトリラクタンス駆動システムを提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の実施の一形態に
従えば、第１の位相を励磁し、次いで、第２の位相を励
磁し、第２の位相の励磁の周期の少なくとも一部と一致
して第１の位相をフリーホイールさせることを含み、第
１の位相のフリーホイーリングと第２の位相の励磁とを
同時に開始することを特徴とする多相スイッチトリラク
タンスモータを制御する方法が提供される。

【００１５】本発明は、電流が相巻線においてフリーホ
イールしているときに、電流は出力（たとえばトルク）
を生成できるが、電源から引出される電流に寄与しない
という事実の認識を利用する。これは、位相がその正常
な励磁ブロックを完了した後にフリーホイーリングの期
間がモータ出力（たとえばトルク）に寄与できるように
することによって良好な結果をもたらし得る。本発明
は、可動部（たとえば回転子）がトルクまたは力生成領
域における固定部（たとえば固定子）に対して位置づけ
られたときに、電源から電流を要求することなく、第１
の位相の励磁の終わりと第２の位相の励磁の初めとの間
に出力される最小トルクまたは力を高めるためにフリー
ホイーリングステップを追加することによって、モータ
の動きを助成することができる。

【００１６】本発明の別の実施形態に従えば、固定子
と、相巻線と、可動部と、コントローラとを有するリラ
クタンス機械を含み、該コントローラは相巻線の励磁を
制御するように動作可能であり、第１の位相を励磁し
て、次いで、第２の位相を励磁し、第２の位相の励磁の
少なくとも一部と一致して第１の位相をフリーホイール
させることによって、固定子に対して可動部を動かし、
第１の位相のフリーホイーリングと第２の位相の励磁と
は同時に開始されることを特徴とする多相スイッチトリ
ラクタンス駆動装置が提供される。

【００１７】好ましくは、位相の励磁は電流または磁束
制御によって制御される。モータを始動するために、モ
ータが第２の位相を励磁する前に第１の位相のフリーホ
イーリング位置で休止しているときに、第１の位相は、
励磁することによってフリーホイールするためにプライ
ミングされてもよい。スイッチトリラクタンス機械にお
ける従来どおり、固定子に対する可動部の何らかの形態
の位置フィードバックを使用することが望ましい。これ
は、相電流といった機械の特性を監視することによって
得られるか、または、位置検出器の使用によって得るこ
とができる。この後者の場合、検出器機構はまた、コン
トローラにプライミングタイミング情報を提供するよう
に構成できる。

【００１８】本発明の特定の一形態に従えば、相巻線を
有する固定子と、可動部とを含み、可動部の位置が出力
生成領域を規定する、多相スイッチトリラクタンスモー
タからの出力を制御する方法であって、第１の出力生成
領域において第１の位相を励磁し、対応する第２の出力
生成領域において第２の位相を励磁し、第２の出力生成
領域の少なくとも一部と一致する第１の出力生成領域の
一部において第１の位相をフリーホイールさせて、第１
の位相のフリーホイーリングがモータの出力を増大させ
ることを含み、第１の位相のフリーホイーリングと第２
の位相の励磁とを同時に開始することを特徴とする方法
が提供される。

【００１９】本発明の別の特定の形態に従えば、相巻線
を含む固定子と、可動部であって、固定子に対する可動
部の位置が出力生成領域を規定する可動部とを有する多
相リラクタンス機械と、各相巻線を電源と接続するスイ
ッチ手段と、コントローラとを含み、該コントローラは
スイッチを制御するように動作可能であり、対応する第
１の出力生成領域において第１の相巻線を励磁し、対応
する第２の出力生成領域において第２の相巻線を励磁
し、第２の出力生成領域の少なくとも一部と一致する第
１の出力生成領域の一部において、第１の相巻線をフリ
ーホイールさせ、第１の相巻線のフリーホイールと第２
の相巻線の励磁とを同時に開始し、第１の相巻線のフリ
ーホイーリングが機械の増大した出力を与えることを特
徴とするスイッチトリラクタンス駆動システムが提供さ
れる。

【００２０】さらに詳しくは、本発明は、多相スイッチ
トリラクタンスモータを制御する方法であって、第１の
位相を励磁し、次いで、第２の位相を励磁し、第２の位
相の励磁の期間の少なくとも一部と一致して第１の位相
をフリーホイールさせることを含み、第１の位相のフリ
ーホイーリングと第２の位相の励磁とを同時に開始する
ことを特徴とする方法である。

【００２１】本発明において、位相が電流または磁束制
御に従って励磁されることを特徴とする。

【００２２】本発明において、モータが第１の位相のフ
リーホイーリング位置で休止しているときに、第１の位
相を励磁することによって第１の位相をプライミングし
てモータを始動させることを含むことを特徴とする。

【００２３】本発明において、モータは、各位相用の巻
線が取り付けられる固定子と、固定子に対して移動する
可動部とを含み、方法は、固定子に対する可動部の位置
を示す情報に従って巻線の励磁のタイミングを決定する
ことをさらに含むことを特徴とする。

【００２４】本発明において、位置を示す情報が、各位
相毎の励磁期間およびフリーホイーリング期間を規定す
る位置検出器から得られることを特徴とする。

【００２５】本発明において、第１および第２の位相の
励磁がチョッピングによって制御されることを特徴とす
る。

【００２６】本発明は、固定子と、相巻線と、可動部
と、コントローラとを有するリラクタンス機械を含み、
該コントローラは相巻線の励磁を制御するように動作可
能であり、第１の位相を励磁して、次いで、第２の位相
を励磁し、第２の位相の励磁の期間の少なくとも一部と
一致して第１の位相をフリーホイールさせることによっ
て、固定子に対して可動部を動かし、第１の位相のフリ
ーホイーリングと第２の位相の励磁とは同時に開始され
ることを特徴とする多相スイッチトリラクタンス駆動装
置である。

【００２７】本発明において、電流フィードバック信号
を導出するフィードバック手段を含み、コントローラは
電流を制御するために機械出力を示すようなフィードバ
ック信号を受信するように構成されていることを特徴と
する。

【００２８】本発明において、磁束フィードバック信号
を導出するフィードバック手段を含み、コントローラは
磁束を制御するために機械出力を示すフィードバック信
号を受信するように構成されていることを特徴とする。

【００２９】本発明において、フィードバック手段が、
固定子に対する可動部の位置を示す信号を供給する位置
検出器を含むことを特徴とする。

【００３０】本発明において、コントローラは、機械が
第１の位相のフリーホイーリング位置で休止している
間、第１の位相をプライミングして第１の位相を励磁す
ることによって、機械を始動するように構成されている
ことを特徴とする。

【００３１】本発明は、相巻線を有する固定子と、可動
部とを含み、可動部の位置が出力生成領域を規定する、
多相スイッチトリラクタンスモータからの出力を制御す
る方法であって、第１の出力生成領域において第１の位
相を励磁し、対応する第２の出力生成領域において第２
の位相を励磁し、第２の出力生成領域の少なくとも一部
と一致する第１の出力生成領域の一部において第１の位
相をフリーホイールさせて、第１の位相のフリーホイー
リングがモータの出力を増大させることを含み、第１の
位相のフリーホイーリングと第２の位相の励磁とを同時
に開始することを特徴とする方法である。

【００３２】本発明は、相巻線を含む固定子と、可動部
であって、固定子に対する可動部の位置が出力生成領域
を規定する可動部とを有する多相リラクタンス機械と、
各相巻線を電源と接続するスイッチ手段と、コントロー
ラとを含み、該コントローラはスイッチ手段を制御する
ように動作可能であり、対応する第１の出力生成領域に
おいて第１の相巻線を励磁し、対応する第２の出力生成
領域において第２の相巻線を励磁し、第２の出力生成領
域の少なくとも一部と一致する第１の出力生成領域の一
部において、第１の相巻線をフリーホイールさせて、第
１の相巻線のフリーホイールと第２の相巻線の励磁とを
同時に開始し、第１の相巻線のフリーホイーリングが機
械の増大した出力を与えることを特徴とするスイッチト
リラクタンス駆動システムである。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明は、各種態様において実施
することができ、その一部を添付図面に関して例示によ
って以下に説明する。

【００３４】本発明は、図２に例示するように位相の各
々のためのスイッチング回路を備える図１に示されたよ
うな駆動システムの好ましい実施形態において実施され
る。本発明によれば、制御方策は、コントローラ１４の
プログラミングによってスイッチング回路のフリーホイ
ーリング構成を利用するように適合される。

【００３５】図１の三相４回転子極駆動装置のための典
型的な回転子位置検出器（rotor position transduce
r：以下、ｒｐｔと略称する場合がある）が、図６に略
示されている。３つのセンサは、１２０°の機械的オフ
セットで示されているが、１２０°電気的オフセットに
等しいあらゆるオフセットを有することができる。示さ
れた図は、１のマーク対スペース比を備える歯を有す
る。実際には、これは、たとえば光学式センサにおける
ビーム幅またはホール効果センサにおけるフリンジング
といったセンサの何らかの非理想的特性に適応するため
に若干変えることもでき、したがって、ｒｐｔからの最
終的な信号が１のマーク対スペース比に、または許容可
能に近似となる。

【００３６】図６のｒｐｔからの出力は図７に示されて
おり、ここで各ｒｐｔ信号が機械の１電気的サイクルに
等しい周期を有することがわかる。一般に、ベーンおよ
びセンサは、位相信号における遷移がその位相における
最小および最大インダクタンスの位置に一致するように
固定子に対して整列されている。その場合、低速時に
は、機械の転流をそれらの遷移に直接基礎づけることが
可能である。たとえば位相は、ｒｐｔ出力が１であると
きに励磁され、０であるときに消勢され、三相機械につ
いて前述したＡ，ＡＢ，Ｂ，ＢＣ…の励磁パターンを付
与する。このパターンは、当業において５０％導通や１
と１／２相導通として様々に記述されている。

【００３７】この励磁パターンは、それが所要の極性の
トルクを生成する半サイクルにわたり位相を励磁させる
ので、所与の相電流について最大トルクを生成する。し
かし、その際に、それは生成したトルクが小さいそのト
ルク曲線の部分で位相を励磁する。したがって、それが
最大可能トルクを生成する間、ＤＣリンク電流の利用率
は相対的に低く、２相が導通しているときにピークを有
する。この問題を回避するために、３３％導通や１相導
通として様々に知られる、一度に１つだけの位相を使用
する単純な方策が採用される。

【００３８】この励磁方策を機械に適用する際に、標準
のｒｐｔ信号を使用しなければならない場合、遷移点が
ブロックの１／３および２／３で既知であるにすぎない
ので、ブロックの第１の２／３または第２の２／３を使
用するかどうかを決定しなければならないことは、図７
から明白である。それらの選択肢は図８（ａ）および
（ｂ）にそれぞれ示されている。これらの２つの選択肢
は同じ効果を与えない。なぜなら実際の機械では、トル
ク曲線は以下に示すように、部分的にオーバラップして
いる極の領域にわたり角度を有し、線形ではないからで
ある。

【００３９】図９は、その全負荷定格あたりの一定の相
電流を供給された三相機械に関する典型的なトルク対角
度曲線を示す。正確な形状は機械の磁気的ジオメトリの
詳細および供給電流のレベルに依存するが、図示された
曲線は、通常見られる形状の特徴を示している。曲線Ａ
は位相Ａの１サイクルにわたる完全な曲線を示し、曲線
Ｂは隣接する位相Ｂの曲線の一部を示す。曲線が位相の
最大インダクタンスＬ _maxの位置に関して対称であるこ
とに留意されたい。図１０は、第１の２／３パターンの
使用、すなわち最小インダクタンス位置でのスイッチオ
ンによって生成された３相の合成トルク曲線を示す。遷
移点付近に明らかな大きいディップが存在する。比較の
ために、図１１は、第２の２／３パターンの使用、すな
わちより狭いディップを有する最大インダクタンス位置
でのスイッチオフという改善を示している。さらに重要
な改善が図１２に示されており、ここにおいて、隣接す
る位相曲線が交差する点まで角度δだけ遷移点を移動さ
せることによって、最も小さいディップがもたらされ
る。遷移点のこの移動は、単にｒｐｔセンサのスイッチ
ング点のアライメントを角度δだけ移動することによっ
て達成され、スイッチトリラクタンス機械において普通
に使用される技法である。

【００４０】角度δだけｒｐｔスイッチング点をシフト
するという技法は、所与の電流に関するすべての角位置
で得られる最大トルクを生成するが、スイッチング点付
近の合成トルク曲線に依然ディップが存在する。したが
って、電源から引出される電流を増大させることなく、
得られるトルクを増大させる方法の必要性がある。

【００４１】本発明の実施形態に従えば、使用される励
磁パターンは、通常最も好ましくない、すなわち図８
（ａ）および図１０の第１の２／３パターンである。こ
れは、トルク生成領域の最初の２／３が供給電流によっ
て、そして最後の１／３がフリーホイール電流によって
励磁させられる。このことは図１３に大略的に示されて
いる。これは、本発明のこの実施形態に従う図１のコン
トローラ１４にプログラムされているスイッチング方策
である。

【００４２】電流が（前に図５に例示された）フリーホ
イールにおいて減衰する率は、それが回転速度およびフ
リーホイール経路の電圧降下に依存するので（たとえ
ば、図２に示された回路の場合、それらは巻線のＩＲ降
下および、ダイオードとスイッチの順電圧降下であ
る）、駆動装置の直接制御下にない。極めて低速度では
電圧降下が優勢であるが、高速度になると、巻線のイン
ダクタンスが変化する率が支配的な効果を有する。しか
し、トルクディップを「埋める」必要性は、駆動装置の
機械的慣性の平滑化効果のため、速度が上昇するにつれ
て減少するので、したがって、速度の上昇によるこの技
法の低減する利益はその有用性を損ねることはない。

【００４３】本発明によって生じるトルクの増大は、巻
線抵抗および装置損失の変動のため、駆動装置ごとに変
わるが、それらが相対的に小さければ、電流は徐々に減
衰するだけであり、付加的なトルクは図１０の曲線の
「欠失」部分に近づくであろう。角度δだけｒｐｔをオ
フセットする（図９）ことと組合せた場合、これは事実
上、図１４に例示するように以前の最小トルクを二倍に
できる。

【００４４】１つの検討事項は駆動装置の始動条件であ
る。フリーホイーリングを使用するという上述の方法
は、フリーホイーリングブロックに入る前に位相が導通
しているときに実施できるにすぎない。駆動装置が、た
とえば図１３の領域「１１０」で休止することになった
場合、単に位相Ａにおいて１つのスイッチをオンにする
ことはまったく効果がないであろう。この状況では、位
相Ｂだけによって生成されたトルクは、負荷を動かすた
めに不十分であるかもしれない。

【００４５】本発明の別の実施形態に従えば、１つの位
相においてフリーホイーリングが正常に生じるはずの領
域に駆動装置が位置しているかどうかを確かめるための
制御動作が取られる始動ルーチンが、コントローラ１４
に包含されており始動トルクを増大させる。これは、ｒ
ｐｔ信号を検査し、適切な決定を下すコントローラ１４
によって行われ得る。たとえば、図１３のスイッチング
方策を有する図示された三相駆動装置において、２つの
ｒｐｔ信号がハイ（すなわち＝１）であるあらゆる領域
は、本発明にしたがって、１つの位相においてフリーホ
イーリングが生じる場所である。当業者は、対応する試
験が、様々な数の位相を有する駆動装置のコントローラ
１４に適用できることを容易に理解するであろう。その
試験によってフリーホイーリングが必要であることが示
された場合、その位相は、図２のコンバータ回路をその
通常のオン状態にすることにより電流を注入するために
位相スイッチ２１および２２を作動させるコントローラ
１４によって「プライミング」される。励磁は、調整さ
れた電流の通常値が得られるまでその位相に維持される
ことができ、その時点で、電流コントローラ１４は、そ
のトルク生成領域の適切な他の位相を励磁すると同時に
プライミングされた位相をフリーホイールさせることに
よって本発明にしたがった動作が開始できることを容認
するようにプログラムされている。代替として、励磁
は、電流の許容値を生じるような所定の時間適用するこ
ともできる。適切な電流レベルに達すると直ちに、その
位相はフリーホイールにされ、隣接する位相はその後オ
ン状態にされる。その後、モータの励磁は図１３に関し
て上述したように進行する。

【００４６】上記の説明は１方向での回転に関するもの
であったが、当業者は、適切な励磁シーケンスを使用す
ることによって双方向動作が得られることを理解するで
あろう。本発明は、各位相をフリーホイールさせること
ができる、あらゆる多相システムおよびあらゆるスイッ
チング回路に適用され得る。回転装置におけるように機
械の出力がトルクである代わりに、リニアリラクタンス
モータではそれは力とすることができる。当業者は、本
発明を逸脱することなく、開示した構成の変更が可能で
あることを理解するであろう。したがって、いくつかの
実施形態の上記の説明は、限定のためではなく、例示と
してなされている。上述の動作に対し重大な変更を伴わ
ず軽微な修正がそれらの装置に行い得ることは、当業者
には明白であろう。本発明は、特許請求の範囲の精神お
よび範囲によってのみ限定されるものである。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、可動部がトルクまたは
力生成領域における固定子に対して位置づけられたとき
に、電源から電流を要求することなく、第１の位相の励
磁の終わりと第２の位相の励磁の初めとの間に出力され
る最小トルクまたは力を高めるためにフリーホイーリン
グステップを追加することによって、モータの動きを助
成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知のスイッチトリラクタンスシステムの略図
を示す。

【図２】図１の駆動装置におけるパワーコンバータとの
１つの相巻線の接続を示す。

【図３】 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、公知の単一パル
ス動作モードに関する電圧、相電流および供給電流の波
形をそれぞれ示す。

【図４】公知のハードチョッピング動作モードに関する
相電流波形を示す。

【図５】公知のフリーホイールチョッピング動作モード
に関する相電流波形を示す。

【図６】従来技術の回転子位置検出器を示す。

【図７】図６の検出器からの出力信号を示す。

【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、三相モータに
ついての励磁方式を例示する。

【図９】三相機械の２相に関するトルク曲線を示す。

【図１０】図９のトルク曲線を合成する方法を示す。

【図１１】図９のトルク曲線を合成する第２の方法を示
す。

【図１２】図９のトルク曲線を合成する第３の方法を示
す。

【図１３】本発明に従う励磁パターンを示す。

【図１４】本発明に従う合成トルク曲線を示す。

【符号の説明】

１１ 電源 １２ スイッチトリラクタンスモータ １３ 電力電子装置 １４ 電子制御装置 １５ 回転子位置検出器 １６ 相巻線 １９ 負荷 ２１，２２ スイッチング素子 ２３，２４ エネルギリカバリダイオード ２５ コンデンサ ２６，２７ 母線

───────────────────────────────────────────────────── 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 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 (72)発明者 ジョーディソン，イアン イギリス国 ハロゲイト コロンバイン グローヴ ８ Ｆターム(参考） 5H550 BB02 CC01 DD09 EE01 FF01 GG03 GG05 HA04 HB02 KK05 LL22 LL35

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多相スイッチトリラクタンスモータを制
   御する方法であって、 第１の位相を励磁し、 次いで、第２の位相を励磁し、 第２の位相の励磁の期間の少なくとも一部と一致して第
   １の位相をフリーホイールさせることを含み、第１の位
   相のフリーホイーリングと第２の位相の励磁とを同時に
   開始することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 位相が電流または磁束制御に従って励磁
   されることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 モータが第１の位相のフリーホイーリン
   グ位置で休止しているときに、第１の位相を励磁するこ
   とによって第１の位相をプライミングしてモータを始動
   させることを含むことを特徴とする請求項１または２記
   載の方法。
4. 【請求項４】 モータは、各位相用の巻線が取り付けら
   れる固定子と、固定子に対して移動する可動部とを含
   み、方法は、固定子に対する可動部の位置を示す情報に
   従って巻線の励磁のタイミングを決定することをさらに
   含むことを特徴とする請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 位置を示す情報が、各位相毎の励磁期間
   およびフリーホイーリング期間を規定する位置検出器か
   ら得られることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】 第１および第２の位相の励磁がチョッピ
   ングによって制御されることを特徴とする請求項１〜５
   のうちのいずれか１つに記載の方法。
7. 【請求項７】 固定子と、相巻線と、可動部と、コント
   ローラとを有するリラクタンス機械を含み、該コントロ
   ーラは相巻線の励磁を制御するように動作可能であり、
   第１の位相を励磁して、次いで、第２の位相を励磁し、
   第２の位相の励磁の期間の少なくとも一部と一致して第
   １の位相をフリーホイールさせることによって、固定子
   に対して可動部を動かし、第１の位相のフリーホイーリ
   ングと第２の位相の励磁とは同時に開始されることを特
   徴とする多相スイッチトリラクタンス駆動装置。
8. 【請求項８】 電流フィードバック信号を導出するフィ
   ードバック手段を含み、コントローラは電流を制御する
   ために機械出力を示すようなフィードバック信号を受信
   するように構成されていることを特徴とする請求項７記
   載の駆動装置。
9. 【請求項９】 磁束フィードバック信号を導出するフィ
   ードバック手段を含み、コントローラは磁束を制御する
   ために機械出力を示すフィードバック信号を受信するよ
   うに構成されていることを特徴とする請求項７記載の駆
   動装置。
10. 【請求項１０】 フィードバック手段が、固定子に対す
    る可動部の位置を示す信号を供給する位置検出器を含む
    ことを特徴とする請求項８または９記載の駆動装置。
11. 【請求項１１】 コントローラは、機械が第１の位相の
    フリーホイーリング位置で休止している間、第１の位相
    をプライミングして第１の位相を励磁することによっ
    て、機械を始動するように構成されていることを特徴と
    する請求項７〜１０のうちのいずれか１つに記載の駆動
    装置。
12. 【請求項１２】 相巻線を有する固定子と、可動部とを
    含み、可動部の位置が出力生成領域を規定する、多相ス
    イッチトリラクタンスモータからの出力を制御する方法
    であって、 第１の出力生成領域において第１の位相を励磁し、 対応する第２の出力生成領域において第２の位相を励磁
    し、 第２の出力生成領域の少なくとも一部と一致する第１の
    出力生成領域の一部において第１の位相をフリーホイー
    ルさせて、第１の位相のフリーホイーリングがモータの
    出力を増大させることを含み、第１の位相のフリーホイ
    ーリングと第２の位相の励磁とを同時に開始することを
    特徴とする方法。
13. 【請求項１３】 相巻線を含む固定子と、可動部であっ
    て、固定子に対する可動部の位置が出力生成領域を規定
    する可動部とを有する多相リラクタンス機械と、各相巻
    線を電源と接続するスイッチ手段と、コントローラとを
    含み、該コントローラはスイッチ手段を制御するように
    動作可能であり、対応する第１の出力生成領域において
    第１の相巻線を励磁し、対応する第２の出力生成領域に
    おいて第２の相巻線を励磁し、第２の出力生成領域の少
    なくとも一部と一致する第１の出力生成領域の一部にお
    いて、第１の相巻線をフリーホイールさせて、第１の相
    巻線のフリーホイールと第２の相巻線の励磁とを同時に
    開始し、第１の相巻線のフリーホイーリングが機械の増
    大した出力を与えることを特徴とするスイッチトリラク
    タンス駆動システム。