JP2014131459A - ２相ｓｒｍの駆動制御方法及びこのような方法を用いる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】騒音や振動を低減することができる２相ＳＲＭの駆動制御方法及びこのような方法を用いる装置（ＳＲＭ駆動制御装置及びＳＲＭ駆動制御方法）を提供する。
【解決手段】本発明のＳＲＭ駆動制御装置は、ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達したか否かを判断する目標速度到達可否判断部７００と、前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断するＺＶＳ達成可否判断部７１０と、前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断する負トルク発生可否判断部７２０と、目標速度到達可否判断部７００、ＺＶＳ達成可否判断部７１０及び負トルク発生可否判断部７２０で行われた判断結果に基づいて進み角を制御するか否かを判断する進み角制御部７３０と、目標速度到達可否判断部７００、ＺＶＳ達成可否判断部７１０及び負トルク発生可否判断部７２０で行われた判断結果に基づいて導通角を制御するか否かを判断する導通角制御部７４０と、を含むものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、２相ＳＲＭの駆動制御方法及びこのような方法を用いる装置（ＳＲＭ駆動制御装置及びＳＲＭ駆動制御方法）に関する。

スイッチドリラクタンスモータは、約１５０年を超える古いモータ設計形態の一つである。このような伝統的な形態のリラクタンスモータが電力用半導体の開発とともに可変ドライブの条件を満たすために、スイッチドリラクタンスモータとして知られるようになった。

「Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ」という名称は、Ｓ．Ａ．Ｎａｓａｒによって名づけられ、この名称は、ＳＲＭの二つの主な特徴を説明している。第一に「Ｓｗｉｔｃｈｅｄ」とは、モータが常に連続してスイッチングモードで動作しなければならないということを意味し、これは、新しい形態の電力用半導体の開発及び発達に伴い、これを適用した以降に用いられた用語である。第二に「Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ」とは、回転子と固定子がリラクタンス磁気回路（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｃｉｒｃｕｉｔｓ）を可変させることで動作する二重突極型構造を意味する。

Ｎａｓｒａ、Ｆｒｅｎｃｈ、Ｋｏｃｈ、Ｌａｗｒｅｎｓｏｎなどの学者らは、１９６０年代の構造的に類似したＳｔｅｐｐｉｎｇ Ｍｏｔｏｒと異なり、電力用半導体を用いた連続モード制御を考案するようになった。その当時、唯一電力用サイリスタ半導体が相対的に高い電圧及び電流を制御する性能を有したため、これをスイッチドリラクタンスモータを制御するために適用した。現在、電力用トランジスタ、ＧＴＯ、ＩＧＢＴ及び電力用ＭＯＳＦＥＴなどが開発されてＳＲＭ制御のための定格電力の範囲内で多様に利用することができるようになった（例えば、特許文献１参照）。

ＳＲＭは、構造面において非常に簡単である。ＳＲＭは、永久磁石やブラシ、そして整流子を含まない。このＳＲＭにおいて、固定子は、突極を含み、鋼鉄が積層された構造を有しており、直列に連結されたコイルが巻かれた巻線がそれぞれの相（ｐｈａｓｅ）に独立して連結され、固定子極を包む。回転子は、巻線を有せず、鋼鉄の積層構造となっており、固定子と同様に突極型構造となっている。従って、固定子と回転子の両方が突極型構造を有するため、二重突極型（ｄｏｕｂｌｅ ｓａｌｉｅｎｔ）構造と認められる。このようなシンプルな構造は、信頼性を向上し、生産コストを低減するため、可変速ドライブの代案として、その可能性が大きいと認められる。

近年、このようなＳＲＭを掃除機などの家電製品に利用するときに高速運転が必要となり、この場合、高速運転によって騒音や振動が多く発生してこれに対する解決策が求められる。

韓国公開特許第１０−２００３−００６３５８３号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の一側面は、騒音や振動を低減することができるＳＲＭの駆動を制御する装置（ＳＲＭ駆動制御装置）に関する。

本発明の他の側面は、騒音や振動を低減することができるＳＲＭの駆動を制御する方法（ＳＲＭ駆動制御方法）に関する。

本発明の実施例によるＳＲＭ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ）の駆動制御装置（ＳＲＭ駆動制御装置）は、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達したか否かを判断する目標速度到達可否判断部と、前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断するＺＶＳ（ｚｅｒｏ ｖｏｌｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）達成可否判断部と、前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断する負トルク発生可否判断部と、前記目標速度到達可否判断部、前記ＺＶＳ達成可否判断部及び前記負トルク発生可否判断部で行われた判断結果に基づいて進み角を制御するか否かを判断する進み角制御部と、前記目標速度到達可否判断部、前記ＺＶＳ達成可否判断部及び前記負トルク発生可否判断部で行われた判断結果に基づいて導通角を制御するか否かを判断する導通角制御部と、を含むものである。

前記目標速度到達可否判断部は、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達しなかったと判断した場合、前記進み角制御部で前記進み角を変化させ、前記導通角制御部で前記導通角を変化させるように具現されることができる。

前記目標速度到達可否判断部は、前記ＳＲＭの現在の速度が前記目標速度より大きい場合、前記進み角及び前記導通角を減少させ、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度より小さい場合、前記進み角及び前記導通角を増加させるように具現されることができる。

前記ＺＶＳ達成可否判断部は、ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能でない状態であると判断した場合、前記進み角制御部で前記進み角を減少させ、前記導通角制御部で前記導通角を増加させるように具現されることができる。

前記ＺＶＳ達成可否判断部は、前記ＳＲＭのコンバータに入力される電流をセンシングしてマイナスの極性を有する電流がある場合、ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能な状態であると判断するように具現されることができる。

前記負トルク発生可否判断部は、前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断して前記ＳＲＭで負トルクが発生したと判断した場合、前記進み角制御部で前記進み角を増加させ、前記導通角制御部で前記導通角を減少させるように具現されることができる。

前記負トルク発生可否判断部は、ダイオードの電流をセンシングして位相０度と１８０度で電流の流れがある場合、負トルクが発生したと判断するように具現されることができる。

本発明の実施例によるＳＲＭ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ ｍｏｔｏｒ）の駆動制御方法（ＳＲＭ駆動制御方法）は、前記ＳＲＭの初期駆動区間を経て前記ＳＲＭを正常駆動させる段階と、前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階と、を含むものである。

前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階は、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達したか否かを判断する段階と、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達しなかったと判断した場合、前記進み角及び前記導通角を制御してＳＲＭを目標速度で駆動させる段階と、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達したと判断した場合、前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断する段階と、を含むことができる。

前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達しなかったと判断した場合、前記進み角及び前記導通角を制御してＳＲＭを目標速度で駆動させる段階は、前記ＳＲＭの現在の速度が前記目標速度より大きい場合、前記進み角及び前記導通角を減少させる段階と、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度より小さい場合、前記進み角及び前記導通角を増加させる段階と、を含むことができる。

前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階は、前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断する段階と、ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能でない状態であると判断した場合、前記進み角を減少させ、前記導通角を増加させ、前記ゼロ電圧スイッチングが可能な状態になるように前記ＳＲＭを制御する段階と、を含むことができる。

前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断する段階は、前記ＳＲＭのコンバータに入力される電流をセンシングしてマイナスの極性を有する電流がある場合、ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能な状態であると判断する段階であることができる。

前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階は、前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断する段階と、前記ＳＲＭで負トルクが発生したと判断した場合、前記進み角を増加させ、前記導通角を減少させる段階と、を含むことができる。

前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断する段階は、ダイオードの電流をセンシングして位相０度と１８０度で電流の流れがある場合に負トルクが発生したと判断する段階であることができる。

前記ＳＲＭの初期駆動区間を経て前記ＳＲＭを正常駆動させる段階は、前記ＳＲＭの巻線に電源を流して固定子と回転子が所定位置に動いて前記ＳＲＭを運転待機中の状態に設定する段階と、前記ＳＲＭの初期設定導通角を正常運転状態の導通角に変化させ、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周波数を上昇させる段階と、前記ＳＲＭの初期設定進み角を正常運転状態の進み角に変化させ、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周波数を上昇させる段階と、を含むことができる。

上述したように、本発明の実施例による２相ＳＲＭの駆動制御方法及びこのような方法を用いる装置（ＳＲＭ駆動制御装置及びＳＲＭ駆動制御方法）は、ＳＲＭの現在の速度が前記目標速度に到達したか否かを判断し、ＺＶＳ（ｚｅｒｏ ｖｏｌｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）達成可否を判断し、負トルクが発生したか否かを判断した結果に基づいて導通角及び進み角を制御することで、ＳＲＭの騒音及び振動を減少させることができる。

本発明の実施例による２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置の構成図である。 図１のゼロ電圧スイッチングコンバータの詳細構成図である。 本発明の実施例によるＳＲＭの動作を区間別に制御する方法を示すグラフである。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。 本発明の実施例によるＳＲＭ駆動制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施例によるＳＲＭ駆動制御装置を示すフローチャートである。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は、添付図面に係る以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために用いられるものであり、構成要素が前記用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を不明瞭にする可能性がある係る公知技術についての詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例による２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置の構成図である。

図１を参照すると、２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置は、商用電源１０を整流して直流電源を供給する整流部２０、整流部２０に連結されたキャパシタ３０、キャパシタ３０に連結されたゼロ電圧スイッチングコンバータ４０及び２相ＳＲＭ５０の位置及び速度を検知してゼロ電圧スイッチングコンバータ４０を制御するマイクロプロセッサ６０を含むものである。

整流部２０は、入力される商用電源１０を整流して、直流電源をキャパシタ３０に供給する。キャパシタ３０は整流された直流電圧の力率を改善し、ノイズを吸収してゼロ電圧スイッチングコンバータ４０に供給することができる。

ゼロ電圧スイッチングコンバータ４０は、２相ＳＲＭ５０の二つの相巻線のそれぞれに上下に直列連結されている一対の上部及び下部スイッチ、二つの相巻線の両端に交差連結されている一対のダイオードを含み、マイクロプロセッサ６０の制御により、動作モード１〜３で動作して前記２相ＳＲＭ５０を駆動させることができる。

一方、マイクロプロセッサ６０は、２相ＳＲＭ５０の位置と速度を検知してゼロ電圧スイッチングコンバータ４０の一対の上部及び下部スイッチを制御してスイッチが動作モード１〜３で動作するようにして、２相ＳＲＭ５０を駆動させるようにすることができる。

ここで、動作モード１は、２相ＳＲＭ５０の当該相巻線に正の直流電圧を印加して巻線に電流を上昇させ、動作モード２は、巻線に電流が流れている時に巻線を循環するようにして徐々に減少させ、動作モード３は、当該相巻線に負の直流電圧を印加して速く減少させる。

このように構成される２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置は、次のように動作する。

先ず、前記マイクロプロセッサ６０は、ゼロ電圧スイッチングコンバータ４０を動作モード１〜動作モード３で動作するように制御して、２相ＳＲＭ５０の二つの相巻線のうち何れか一つの相巻線を励磁させた後に励磁状態を終了させる。

また、次いで、前記マイクロプロセッサ６０は、ゼロ電圧スイッチングコンバータ４０を動作モード１〜３で動作するように制御して、２相ＳＲＭ５０の二つの相巻線のうち他の一つの相巻線を励磁させた後に励磁状態を終了させる。

以降、前記マイクロプロセッサ６０は、このような動作を繰り返して行って２相ＳＲＭ５０を駆動させる。

この際、前記マイクロプロセッサ６０は、ゼロ電圧スイッチングコンバータ４０を動作モード１〜３で動作するように制御するにあたり多様な方式で制御することができる。

図２は、本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの詳細構成図である。

図２を参照すると、図１のゼロ電圧スイッチングコンバータ４０は、Ａ相巻線の上部に直列連結されている第１上部スイッチＳ_１、Ａ相巻線の下部に直列連結されている第１下部スイッチＳ_２、Ｂ相巻線の上部に直列連結されている第２上部スイッチＳ_３、Ｂ相巻線の下部に直列連結されている第２下部スイッチＳ_４を含むことができる。

また、前記ゼロ電圧スイッチングコンバータ４０は、Ａ相巻線と第１下部スイッチＳ_２の接点に陽極が連結されており、陰極がＢ相巻線と第２上部スイッチＳ_３の接点に連結されている第１ダイオードＤ１及びＢ相巻線と第２下部スイッチＳ_４の接点に陽極が連結されており、陰極がＡ相巻線と第１上部スイッチＳ_１の接点に連結されている第２ダイオードＤ２を含んでいる。

このようなゼロ電圧スイッチングコンバータ４０において、第１上部スイッチＳ_１と第２下部スイッチＳ_４は、図３に図示されたように、互いに１８０度の位相差を有して半周期ずつオン（ｏｎ）している。また、第１下部スイッチＳ_２と第２上部スイッチＳ_３もまた、図３に図示されたように、１８０度の位相差を有して半周期オン（ｏｎ）している。

このようなゼロ電圧スイッチングコンバータ４０は、図４Ａに図示されたように、エンコーダー波形を基準として第１下部スイッチＳ_２と第２上部スイッチＳ_３を調節して、進み角（又は先行角、ａｄｖａｎｃｅｄ ａｎｇｅｌ）を制御して第１上部スイッチＳ_１と第２下部スイッチＳ_４を調節して、導通角（またはドエル角、ｄｗｅｌｌ ａｎｇｌｅ）を制御することができる。

第１上部スイッチＳ_１は、ＳＲＭのＡ相の導通角（ｄｗｅｌｌ ａｎｇｌｅ）を調整することができる。Ｓ_１は、Ｓ_４に従属して動作することができ、Ｓ_４と１８０度の位相差を有することができる。

第１下部スイッチＳ_２は、ＳＲＭのＢ相の進み角（ａｄｖａｎｃｅｄ ａｎｇｌｅ）を調整することができる。センサーにより読み取る情報を制御器のＣＰＵが理解及び判断し、ＳＲＭの速度状態とＺＶＳの状態によって、Ｓ_２のターンオン時点を調整して、進み角を制御することができる。センサーにより読み取る情報を制御器のＣＰＵが理解及び判断し、ＳＲＭの速度状態とＺＶＳ状態に合わせてＳ_２のターンオン時点を調整して、進み角を制御するプロセスについては、さらに詳述する。

第２上部スイッチＳ_３は、ＳＲＭのＡ相の進み角を調節することができる。第２上部スイッチＳ_３は、第１下部スイッチＳ_２に従属して動作し、第１下部スイッチＳ_２と１８０度の位相差を有する。

第２下部スイッチＳ_４は、ＳＲＭのＢ相の導通角を調整することができる。第２下部スイッチＳ_４は、上述した第１下部スイッチと同様に、ＳＲＭの速度状態とＺＶＳ状態に合わせて第２下部スイッチＳ_４のターンオンする時点を調整して、導通角を制御することができる。第１下部スイッチＳ_２と第２下部スイッチＳ_４のターンオン時点の差だけ導通角になることができる。

本発明の実施例によると、進み角、導通角、ＰＷＭテューティ比を変化させてＳＲＭの駆動を制御することができる。ドエル角、進み角及びＰＷＭテューティ比が変わる場合、ＳＲＭの駆動は、以下のような変化が生じ得る。

ドエル角（θ_ＤＷ）は、固定子電流がスイッチオン（ｏｎ）となるところの固定子の位置をターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）角とし、回転子電流がスイッチオフとなるところの回転子の位置をターンオフ（ｔｕｒｎ ｏｆｆ）角としたときに、ターンオフ（ｔｕｒｎ ｏｆｆ）角とターンオン（ｔｕｒｎ ｏｎ）角との差を言う。

進み角（θ_ＡＤ）は、巻線に電源を印加して励磁（ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ）を行う区間である。進み角が変化する場合、ターンオン時点が繰り上げられて電流上昇時間が変わる。ドエル角と進み角を変化させて、ＳＲＭのｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）を調節することができる。例えば、進み角を調節してターンオン時点を繰り上げて十分な電流上昇時間をはかり、ドエル角を調節してトルク発生領域を最大限に利用するが、負トルクが発生する区間に到達する前に、電流の大きさを最小化して負トルクの発生を抑制することができる。即ち、ドエル角が調節される場合、トルク発生領域を最大限に利用するが、負トルクが発生する区間に到達する前に電流の大きさを最小化することができる。

また、ＳＲＭのトルク特性は、電流の方向と無関係であり、インダクタンスの勾配の符号と同一の符号を有するため、電流のみを制御してＳＲＭを逆方向に回転させることが不可能であり、正回転及び逆回転を行うため、角度制御により所望の回転方向のトルクを発生させる区間に電流を流すことが必要である。その他にも急制動をしようとする時にも角度制御を利用することができる。

即ち、ドエル角が変化する場合、ＳＲＭでトルクが発生する区間が変わり、ＳＲＭの負荷変動を制御することができる。

ＰＷＭデューティ比を変化させる場合、ＳＲＭに流れる電流を制御してＳＲＭの負荷変動を調節することができる。ＰＷＭデューティ比を変化させてＳＲＭの負荷変動を制御する方法は、主に低速及び中速で駆動されるＳＲＭを制御するために用いることができる。

低速又は中速で駆動されるＳＲＭは、逆起電力とモータのインダクタンスの増加速度が遅く、印加電圧による電流の上昇率が大きいため、高速で駆動されるＳＲＭのピーク電流より大きくなり得る。この電流をスイッチング素子の電流より小さく制限するために、チョッピングにより、スイッチング素子をターンオン、ターンオフさせてＳＲＭを所望の速度に制御することができる。

図３は、本発明の実施例によるＳＲＭの動作を区間別に制御する方法を示すグラフである。

図３を参照すると、第１区間３１０は、モータの制御部にオン（ｏｎ）信号が入る前の状態を示し、制御部にＡＣ電源のみが入っている状態を示す。この区間で、少量の電源のみをＳＲＭの巻線に流してＳＲＭの固定子と回転子を所定位置に移動させ、ＳＲＭが駆動待機状態になる。固定子の相に電流が流れると回転子を最大のインダクタンス値を有する位置になるまでインダクタンスが増加する方向に回転させようとするトルクが発生する。万が一、鉄心に磁化成分が残っていない場合、電流の方向がトルクの極性と無関係になり、トルクが常に回転子が自分に最も近い整列位置に移動しようとする方向に発生する。導通角（ドエル角、ｄｗｅｌｌ ａｎｇｌｅ）は、初期設定導通角と設定することができる。

第２区間３２０は、モータの制御部にオン（ｏｎ）信号が入ってモータが駆動し始める状態を示す。第２区間３２０では、初期設定導通角から正常運転状態と設定された導通角にＳＲＭの導通角が変化する。この際、初期モータ駆動のためのＰＷＭ周波数は、上昇する。即ち、ＰＷＭテューティ比を変化させる場合、ＳＲＭに流れる電流を制御して、ＳＲＭの負荷変動を調節することができる。

第３区間３３０では、進み角（ドエル角）に対する制御を行うことができる。上述したように、進み角が変わる場合、ターンオン時点が繰り上げられて電流上昇時間が変わる。即ち、第３区間３３０では、進み角を変化させて、ＳＲＭのｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）を調節することができる。

第４区間３４０は、ＰＷＭ周波数が最大に上昇して、最大ＰＷＭテューティ比で駆動される区間を示す。第４区間３４０で、ＳＲＭは、正常速度で駆動させることができる。

以下、図４Ａ、図４Ｂ及び図５Ａ〜Ｆでは、ＳＲＭが駆動される場合、本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作について開示する。

図４Ａ、図４Ｂ及び図５Ａ〜Ｆは、本発明の実施例によるゼロ電圧スイッチングコンバータの動作を示す概念図である。

ゼロ電圧スイッチングコンバータ４０の動作を、詳細に説明すると、次のとおりである。

図４Ａを参照すると、第１上部スイッチＳ_１と第１下部スイッチＳ_２がターンオン（Ｔｕｒｎ−Ｏｎ）する。これにより、図５Ａに図示されたように、第１上部スイッチＳ_１と、Ａ相巻線また第１下部スイッチＳ_２からなる電流ループが形成される（Ａ相動作モード１）。

このように、第１上部スイッチＳ_１と第１下部スイッチＳ_２がターンオンした後に一定時間が経つと、ゼロ電圧スイッチングコンバータ４０が正常動作区間Ｔ１〜Ｔ２に進入して、図４Ｂに図示されたように、第１上部スイッチＳ_１に印加電圧による電流Ｉｓａが流れるが、第１上部スイッチＳ_１に流れる電流Ｉｓａは、時間が経つにつれて徐々に減少する。この際、第１上部スイッチＳ_１の電圧Ｖｓａは、ターンオンによって、０電圧になる。

また、このように、第１上部スイッチＳ_１と第１下部スイッチＳ_２がターンオンした後に一定時間が経つと、正常動作区間に進入して、図４Ｂに図示されたように、第１下部スイッチＳ_２に直流電圧の印加による電流Ｉｓｂが流れるが、第１下部スイッチＳ_２に流れる電流Ｉｓｂは、時間が経つにつれて徐々に減少する。この際、第１下部スイッチＳ_２の電圧Ｖｓｂは、ターンオン状態により、０電圧になる。

正常動作区間Ｔ１〜Ｔ２において、第１上部スイッチＳ_１と第１下部スイッチＳ_２に流れる電流は、同一である。

一方、次の区間（図４Ｂの時間Ｔ２〜Ｔ３区間）、第１上部スイッチＳ_１は、ターンオフし、第１下部スイッチＳ_２は、ターンオン状態を維持する。これにより、図５Ｂに図示されたように、Ａ相巻線、第１下部スイッチＳ_２、第２下部スイッチＳ_４及び第２ダイオードＤ２からなる電流ループが形成される（Ａ相動作モード２）。

この際、第１上部スイッチＳ_１がターンオフすることにより、第１上部スイッチＳ_１には、電流が流れず、第１上部スイッチＳ_１両端の電圧Ｖｓａは、印加される直流電圧に近接する。

また、第１下部スイッチＳ_２は、オン状態を維持しているため、徐々に電流が減少し、電圧もまた、ターンオン状態による０電圧であり、変動がない。

ただし、この際、第１上部スイッチＳ_１がターンオフし、第１上部スイッチ両端に印加電圧が印加されると、第２下部スイッチＳ_４の内部ダイオードと第２ダイオードＤ２を介して、Ａ相巻線に流れた電流が循環する。

これにより、第２下部スイッチＳ_４の内部ダイオードには、第２下部スイッチＳ_４の両端の電圧が、図４Ｂに図示されたように、０電圧を維持している状態で、Ａ相巻線の循環する電流Ｉｓｄが流れる。

勿論、図５Ｂに図示されたように、Ａ相巻線、第１下部スイッチＳ_２、第２下部スイッチＳ_４及び第２ダイオードＤ２からなる電流ループに流れる電流は、徐々に減少する。

この際、第２ダイオードＤ２に流れる電流Ｉｄｂは、図４Ｂに図示されたように、第１下部スイッチＳ_２に流れる電流と同一である。

次に、このような状態で、第１下部スイッチＳ_２はターンオン状態を継続して維持するようにし、第２下部スイッチＳ_４をターンオンさせる（図４Ｂの区間Ｔ３〜Ｔ４）。

これにより、第１下部スイッチＳ_２は、オン状態を維持しているため、徐々に電流が減少し、電圧もまた、ターンオン状態による０電圧であり、変動がない。

また、この際、第２下部スイッチＳ_４がターンオンするにつれて、図５Ｃに図示されたように、Ａ相巻線に流れた電流が第２下部スイッチＳ_４の内部ダイオードでなく、第２下部スイッチＳ_４を介して直接流れることになり、以前の状態と同様に、第２ダイオードＤ２を介してＡ相巻線に流れた電流が依然として循環する（Ａ相動作モード２状態維持）。

これにより、第２下部スイッチＳ_４には、第２下部スイッチＳ_４の両端の電圧Ｖｓｄが、図４Ｂに図示されたように、０電圧（ゼロ電圧）を維持している状態で、Ａ相巻線の循環する電流が流れる。

勿論、この際、Ａ相巻線、第１下部スイッチＳ_２、第２下部スイッチＳ_４及び第２ダイオードＤ２からなる電流ループに流れる電流が徐々に減少する。

さらに、この際、第２下部スイッチＳ_４は、ゼロ電圧以下の状態で、スイッチがターンオンして、スイッチング損失を最小化することができる。

また、このように、第２下部スイッチＳ_４がゼロ電圧以下の状態で、スイッチがターンオンすると、以下の式１により、電流勾配が速度起電力によって次第に減少する。

一方、以降に、第２下部スイッチＳ_４を維持した状態で、第１下部スイッチＳ_２がターンオフする（図４Ｂの区間Ｔ４〜Ｔ５参照）。

これにより、第１下部スイッチＳ_２のターンオフにより、図５Ｄに図示されたように、第２上部スイッチＳ_３の内部ダイオード、第１ダイオードＤ１、Ａ相巻線、第２ダイオード及び第２下部スイッチからなる電流ループが形成される。

また、第１下部スイッチＳ_２がターンオフすることにより、第１下部スイッチＳ_２には、図４Ｂに図示されたように電流が流れず、第１下部スイッチＳ_２の両端の電圧は、第１下部スイッチＳ_２のターンオフにより入力電圧と近接する。

この際、前記第２下部スイッチＳ_４には、依然としてＡ相巻線の循環電流が流れ、前記第２上部スイッチＳ_３の内部ダイオードには、図４Ｂに図示されたように、Ａ相巻線の循環電流Ｉｓｃが流れる。

勿論、第２上部スイッチの両端の電圧Ｖｓｃは、内部ダイオードを介する循環電流の流れにより、０電圧状態に変化する。

この際、第１ダイオードＤ１介して流れる電流Ｉｄａは、図４Ｂに図示されたように、第２ダイオードＤ２を介して流れる電流と同一である。

次に、次の区間（図４Ｂの区間Ｔ５〜Ｔ６参照）に、第２下部スイッチＳ_４のターンオン状態を維持した状態で、第２上部スイッチＳ_３をターンオンさせる。

これにより、第２上部スイッチＳ_３とＢ相巻線、及び第２下部スイッチＳ_４からなる電流ループと、第２上部スイッチＳ_３、第１ダイオードＤ１、Ａ相巻線、第２ダイオード及び第２下部スイッチからなる電流ループが、図５Ｅに図示されたように重なる。

これにより、Ｂ相巻線に流れる電流とＡ相巻線に流れる電流の差だけ、第２上部スイッチＳ_３と第２下部スイッチＳ_４に電流が流れる（Ａ相動作モード３とＢ相動作モード１の重なり）。

この際、勿論、第２上部スイッチＳ_３の両端の電圧は、内部ダイオードを介する循環電流の流れにより、０電圧状態に変化していたため、これにより、第１上部スイッチはゼロ電圧状態でスイッチがターンオンして、スイッチング損失を最小化する。

次の区間（図４Ｂの区間Ｔ６〜Ｔ７）、第２上部スイッチＳ_３と第２下部スイッチ_４がターンオン状態を継続して維持すると、Ａ相巻線に流れる電流を徐々に減少することになり、これに伴い、第２上部スイッチＳ_３と第２下部スイッチＳ_４に流れる電流ループのみが残る（Ｂ相動作モード１）。

以降には、再度、第２下部スイッチＳ_４のターンオン状態を維持した状態で、第２上部スイッチＳ_３をオフし（Ｂ相動作モード２）、また、一定時間後に第２下部スイッチＳ_４をオンした状態で、第１下部スイッチＳ_２をターンオンし（Ｂ相動作モード３）、第２下部スイッチＳ_４がターンオン状態を維持した状態で、第１上部スイッチＳ_１をターンオンして（Ｂ相動作モード３とＡ相動作モード１の重なり）維持する（Ａ相動作モード１）過程を繰り返して、モータを駆動させる。

即ち、本発明の実施例によるコンバータ回路のスイッチング方法を用いる場合、ゼロ電圧スイッチングが可能となり、高速回転を必要とするモータでは、スイッチング損失を減らすことができる。ゼロ電圧スイッチングは、スイッチとダイオードが並列構造で形成された場合、ダイオードをオン（ｏｎ）させてダイオード電圧が０に近い値を有する時に、スイッチをターンオンすることで、スイッチで発生する損失を減らすことができる。

また、本発明によると、既存のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、ダイオードの数を減らすことで、コストを低減することができ、大きさを小型化できるだけでなく、既存のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、トルクリップルを減らすことができる。図４Ａ、図４Ｂ及び図５Ａ〜Ｆを参照して、上述した動作を行うコンバータ回路が具現されたＳＲＭの駆動を制御するために、現在の速度が目標速度に到達したか否か、ゼロ電圧スイッチングが行われるか否か、負トルクが発生したか否かを判断する必要がある。

図６は、本発明の実施例によるＳＲＭ駆動制御方法を示すフローチャートである。

図６を参照すると、初期駆動を行う（段階Ｓ６００）。

段階Ｓ６００では、上述した図３の第１区間〜第３区間の動作を行うことができる。

段階Ｓ６００では、ＳＲＭの初期駆動を行うために、ＳＲＭの巻線に若干の電源のみを流してＳＲＭの固定子と回転子が所定位置に移動した駆動待機状態を作ることができる。初期設定導通角から正常運転状態と設定された導通角にＳＲＭの導通角が変化する。即ち、初期モータ駆動のために、ＰＷＭテューティ比、進み角及び導通角に対する制御を行って、ＳＲＭを正常駆動段階になるように変化させることができる。

ＳＲＭを正常駆動する（段階Ｓ６１０）。

ＰＷＭ周波数を最大に上昇させて、ＳＲＭを正常速度で駆動させることができる。ＳＲＭの正常駆動状態では、設定された導通角及び進み角でＳＲＭを動作させることができる。

ＳＲＭの運転制御モードを行う（段階Ｓ６２０）。

運転制御モードは、現在の速度と目標速度を比較して、現在の速度を目標速度で制御せよとの命令が始まる運行モードを示す。

本発明の実施例によるＳＲＭの運転制御モードは、現在の速度が目標速度に到達したか否か、現在の速度が目標速度に到達したと判断した場合、ＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）達成可否、現在の速度が目標速度に到達し、ＺＶＳ（ゼロ電圧スイッチング）達成した場合、負トルクが発生したか否かなどを判断して、進み角と導通角を変化させることができる。

現在の速度が目標速度に到達したか否かを判断する（段階Ｓ６３０）。

現在の速度が目標速度に到達しなかったと判断した場合、進み角及び導通角を制御してＳＲＭを目標速度で駆動させることができる。

例えば、現在の速度が目標速度より大きい場合、進み角及び導通角を減少させ、現在の速度が目標速度より小さい場合、進み角及び導通角を増加させることができる（段階Ｓ６３５）。

現在の速度が目標速度に到達したと判断した場合、前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断する（段階Ｓ６４０）。

現在の速度が目標速度に到達したと判断した場合、ゼロ電圧スイッチングが可能であるか否かに対して判断することができる。コンバータに入力される電流をセンシングしてマイナスの極性を有する電流がある場合、ゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）が可能な状態になったと判断することができる。コンバータに入力される電流をセンシングしてマイナスの極性を有する電流がない場合、ゼロ電圧スイッチングが可能でない状態であると判断して進み角を減少させ、導通角を増加させてゼロ電圧スイッチング状態が達成されるように、ＳＲＭを制御することができる（段階Ｓ６４５）。

例えば、進み角を１度減少させ、導通角を２度増加させて、ゼロ電圧スイッチング状態が達成されるように、ＳＲＭを制御することができる。

目標速度とゼロ電圧スイッチング状態を達成した場合、負トルクが発生するか否かを判断する（段階Ｓ６５０）。

ダイオードＤ１の電流をセンシングして位相０度と１８０度で電流の流れがある場合、負トルクが発生したと判断して進み角を増加させ、導通角を減少させることができる（段階Ｓ６５５）。

例えば、進み角５度増加させ、導通角３度減少させることができる。

ダイオードＤ１の電流をセンシングして位相０度と１８０度で電流の流れがない場合、負トルクが発生しなかったと判断することができ、このような場合、進み角及び導通角に対する追加の制御を行わずに、ＳＲＭを駆動させることができる。

本発明の実施例による前記のような制御方法を用いることで、モータ回転速度及びＺＶＳ、負トルク除去による騒音／振動減少などの効果を得ることができる。

図７は、本発明の実施例によるＳＲＭ駆動制御装置を示すフローチャートである。

図７を参照すると、ＳＲＭ駆動制御装置は、目標速度到達可否判断部７００、ＺＶＳ達成可否判断部７１０、負トルク発生可否判断部７２０、進み角制御部７３０、導通角制御部７４０を含むものである。

目標速度到達可否判断部７００は、ＳＲＭが駆動するにあたり、ＳＲＭの現在の駆動速度が設定された目標駆動速度に到達したか否かを判断するために具現されることができる。

例えば、１０００ｒｐｍ（ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｐｅｒ ｍｉｎｕｔｅ）でＳＲＭを駆動しようとする時に、ＳＲＭの目標速度を１０００ｒｐｍに設定して、当該目標速度に現在の駆動速度が到達したか否かを判断することができる。目標速度到達可否判断部７００で判断した結果、現在の速度が目標速度より大きい場合、進み角制御部７３０に進み角を減少させるように命令し、導通角制御部７４０に導通角を減少させるように命令して、ＳＲＭの現在の速度が目標速度に減少するように制御することができる。反対に、現在の速度が目標速度より小さい場合、進み角制御部７３０に進み角を増加させるように命令し、導通角制御部７４０に導通角を増加させるように命令して、ＳＲＭの現在の速度が目標速度に増加するように制御することができる。

ＺＶＳ達成可否判断部７１０は、ＳＲＭでゼロ電圧スイッチング状態が存在するか否かを判断することができる。ＺＶＳ達成可否判断部７１０が、ゼロ電圧スイッチング状態が達成されなかったと判断した場合、進み角制御部７３０に進み角を減少させるように命令し、導通角制御部７４０に導通角を増加させるように命令して、ゼロ電圧スイッチング状態が達成されるように、ＳＲＭの進み角及び導通角を制御することができる。ＺＶＳ達成可否判断部７１０は、目標速度到達可否判断部７００が、ＳＲＭが目標速度で駆動されると判断した後、ＳＲＭでゼロ電圧スイッチング状態が達成されたか否かを判断することができる。

負トルク発生可否判断部７２０は、ＳＲＭに負トルクが発生したか否かについて判断することができる。負トルク発生可否判断部７２０が負トルクが発生しなかったと判断した場合、ＳＲＭが目標運転状態になったと判断することができ、ＳＲＭを設定された導通角及び進み角で駆動させることができる。反対に、負トルク発生可否判断部７２０で判断した結果、負トルクが発生したと判断した場合、導通角制御部７４０に導通角を減少させるように命令し、進み角制御部７３０に進み角を増加させるように命令することができる。

負トルク発生可否判断部７２０は、ＺＶＳ達成可否判断部７１０の判断結果、ＺＶＳ状態が存在すると判断された後、判断を行うことができる。

進み角制御部７３０は、目標速度到達可否判断部７００、ＺＶＳ達成可否判断部７１０、負トルク発生可否判断部７２０の制御信号により、ＳＲＭの進み角を制御することができる。

導通角制御部７４０は、目標速度到達可否判断部７００、ＺＶＳ達成可否判断部７１０、負トルク発生可否判断部７２０の制御信号により、ＳＲＭの導通角を制御することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。

本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明は、２相ＳＲＭの駆動制御方法及びこのような方法を用いる装置（ＳＲＭ駆動制御装置及びＳＲＭ駆動制御方法）に適用可能である。

１０ 商用電源
２０ 整流部
３０ キャパシタ
４０ ゼロ電圧スイッチングコンバータ
５０ ２相ＳＲＭ
６０ マイクロプロセッサ
３１０ 第１区間
３２０ 第２区間
３３０ 第３区間
３４０ 第４区間
７００ 目標速度到達可否判断部
７１０ ＺＶＳ達成可否判断部
７２０ 負トルク発生可否判断部
７３０ 進み角制御部
７４０ 導通角制御部

Claims (15)

1. ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達したか否かを判断する目標速度到達可否判断部と、
   前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断するＺＶＳ（ｚｅｒｏ ｖｏｌｔ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）達成可否判断部と、
   前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断する負トルク発生可否判断部と、
   前記目標速度到達可否判断部、前記ＺＶＳ達成可否判断部及び前記負トルク発生可否判断部で行われた判断結果に基づいて進み角を制御するか否かを判断する進み角制御部と、
   前記目標速度到達可否判断部、前記ＺＶＳ達成可否判断部及び前記負トルク発生可否判断部で行われた判断結果に基づいて導通角を制御するか否かを判断する導通角制御部と、を含むＳＲＭ駆動制御装置。
2. 前記目標速度到達可否判断部は、
   前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達しなかったと判断した場合、前記進み角制御部で前記進み角を変化させ、前記導通角制御部で前記導通角を変化させるように具現される請求項１に記載のＳＲＭ駆動制御装置。
3. 前記目標速度到達可否判断部は、
   前記ＳＲＭの現在の速度が前記目標速度より大きい場合、前記進み角及び前記導通角を減少させ、前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度より小さい場合、前記進み角及び前記導通角を増加させるように具現される請求項２に記載のＳＲＭ駆動制御装置。
4. 前記ＺＶＳ達成可否判断部は、
   ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能でない状態であると判断した場合、前記進み角制御部で前記進み角を減少させ、前記導通角制御部で前記導通角を増加させるように具現される請求項２に記載のＳＲＭ駆動制御装置。
5. 前記ＺＶＳ達成可否判断部は、
   前記ＳＲＭのコンバータに入力される電流をセンシングしてマイナスの極性を有する電流がある場合、ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能な状態であると判断するように具現される請求項４に記載のＳＲＭ駆動制御装置。
6. 前記負トルク発生可否判断部は、
   前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断して前記ＳＲＭで負トルクが発生したと判断した場合、前記進み角制御部で前記進み角を増加させ、前記導通角制御部で前記導通角を減少させるように具現される請求項２に記載のＳＲＭ駆動制御装置。
7. 前記負トルク発生可否判断部は、
   ダイオードの電流をセンシングして位相０度と１８０度で電流の流れがある場合、負トルクが発生したと判断するように具現される請求項６に記載のＳＲＭ駆動制御装置。
8. ＳＲＭの初期駆動区間を経て前記ＳＲＭを正常駆動させる段階と、
   前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階と、を含むＳＲＭ駆動制御方法。
9. 前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階は、
   前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達したか否かを判断する段階と、
   前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達しなかったと判断した場合、前記進み角及び前記導通角を制御してＳＲＭを目標速度で駆動させる段階と、
   前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達したと判断した場合、ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断する段階と、を含む請求項８に記載のＳＲＭ駆動制御方法。
10. 前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度に到達しなかったと判断した場合、前記進み角及び前記導通角を制御してＳＲＭを目標速度で駆動させる段階は、
    前記ＳＲＭの現在の速度が前記目標速度より大きい場合、前記進み角及び前記導通角を減少させる段階と、
    前記ＳＲＭの現在の速度が目標速度より小さい場合、前記進み角及び前記導通角を増加させる段階と、を含む請求項９に記載のＳＲＭ駆動制御方法。
11. 前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階は、
    前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断する段階と、
    ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能でない状態であると判断した場合、前記進み角を減少させ、前記導通角を増加させ、前記ゼロ電圧スイッチングが可能な状態になるように前記ＳＲＭを制御する段階と、を含む請求項９に記載のＳＲＭ駆動制御方法。
12. 前記ＳＲＭがゼロ電圧スイッチングが可能な状態であるか否かを判断する段階は、
    前記ＳＲＭのコンバータに入力される電流をセンシングしてマイナスの極性を有する電流がある場合、ＳＲＭが前記ＺＶＳが可能な状態であると判断する段階である請求項８に記載のＳＲＭ駆動制御方法。
13. 前記ＳＲＭの運転制御モードを行って前記ＳＲＭの導通角及び進み角を制御する段階は、
    前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断する段階と、
    前記ＳＲＭで負トルクが発生したと判断した場合、前記進み角を増加させ、前記導通角を減少させる段階と、を含む請求項９に記載のＳＲＭ駆動制御方法。
14. 前記ＳＲＭで負トルクが発生するか否かを判断する段階は、
    ダイオードの電流をセンシングして位相０度と１８０度で電流の流れがある場合に負トルクが発生したと判断する段階である請求項１３に記載のＳＲＭ駆動制御方法。
15. 前記ＳＲＭの初期駆動区間を経て前記ＳＲＭを正常駆動させる段階は、
    前記ＳＲＭの巻線に電源を流して固定子と回転子が所定位置に動いて前記ＳＲＭを運転待機中の状態に設定する段階と、
    前記ＳＲＭの初期設定導通角を正常運転状態の導通角に変化させ、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周波数を上昇させる段階と、
    前記ＳＲＭの初期設定進み角を正常運転状態の進み角に変化させ、ＰＷＭ（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）周波数を上昇させる段階と、を含む請求項８に記載のＳＲＭ駆動制御方法。

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