JP2015139366A

JP2015139366A - スイッチドリラクタンス駆動装置、スイッチング回路モジュール、およびスイッチ間の電流分配を監視する方法

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Publication number: JP2015139366A
Application number: JP2015009261A
Authority: JP
Inventors: イアン，ジョーディソン; Jordison Ian
Original assignee: Nidec SR Drives Ltd
Current assignee: Nidec SR Drives Ltd
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2015-01-21
Publication date: 2015-07-30
Also published as: EP2899877A2; GB201401162D0; KR20150088208A; US20150207441A1; CN104811104A; EP2899877A3

Abstract

【課題】スイッチには通常の二倍の電流が流れており、その定格電流を越えて故障する虞がある。スイッチが故障すると、電流変換器ではスイッチの故障前には何の異常も検出されていなかったにもかかわらず、最初の故障がスイッチからスイッチに波及し、対応する相端子が使用不可となることを防止する。【解決手段】電気駆動システムは、プログラム可能なコントローラの制御の下で固体スイッチＸ１、Ｙ１、Ｘ２、Ｙ２を介して巻線が電力供給される電気機械を備える。少なくとも２つのスイッチＸ１、Ｙ１が並列に動作して、機械を励起するために必要な電流を提供する。コントローラがスイッチの電流分配を監視して、誤動作のあった場合に駆動システムの出力を調整することができる装置および方法を開示する。【選択図】図５

Description

本発明は、主に電気機械を制御する装置および方法に関する。本発明は、特に、機械の巻線を励起する複数の変換器によって供給される電気機械の制御に関するものである。

電気機械の一例として、スイッチドリラクタンス機械が挙げられる。スイッチドリラクタンス機械が組み込まれた電気駆動装置の一般的な取り扱いについては、例えば、「Electronic Control of Switched Reluctance Machines」、TJE Miller編、Newnes、2001等の様々な本に載っており、この内容は参照することにより本出願に組み込まれるものとする。より詳細な内容は、StephensonとBlakeによる論文「The Characteristics, Design and Application of Switched Reluctance Motors and Drives」、PCIM'93、NurnBerg、June 21-24、1993に記載されており、この内容も参照することにより本出願に組み込まれるものとする。

添付図面のうち図１は、典型的なスイッチドリラクタンス駆動装置を模式的に示すものであり、スイッチドリラクタンス機械１２が負荷１９に接続されている。直流電源１１は、バッテリであっても整流濾過交流電源であってもよく、また他の形態のエネルギー源であってもよい。電源１１から供給される直流電圧は、電子制御ユニット１４の制御の下、電力コンバータ１３によって機械１２の複数の相巻線１６間で切り換えられる。一般に相電流情報が必要となるので、図１の１８で模式的に示すように、通常は電流変換器を使って各相巻線を監視する。駆動装置を正常に動作させるために、切り換えはロータの回転角度と正確に同期しなければならず、通常、ロータ位置検出器１５を使ってロータの角度位置に対応する信号を供給している。ロータ位置検出器１５は、ソフトウエアアルゴリズムを含め、さまざまな形態をとってもよく、その出力を使って速度フィードバック信号を生成してもよい。位置検出器が存在し、ロータの瞬時位置に完全に依存する励起方式を使用することは、これらの機械で「切り換えるロータ位置」という一般的表現を導く。

この種の機械については、多くの異なる電力コンバータにおけるトポロジーが知られており、上記Stephensonの論文にその幾つかが述べられている。最も一般的な構成の一つを、多相システムの１つの相を用いて図２に示す。図では、機械の相巻線１６がバスバー２６、２７間で２つのスイッチ装置２１、２２に直列に接続されている。バスバー２６、２７は、コンバータの「ＤＣリンク」と総称される。エネルギー回生ダイオード２３、２４は、スイッチ２１，２２が開放されたときに巻線電流がＤＣリンクへと逆流するよう、巻線に接続される。低値抵抗器２８を下部スイッチに直列接続して、非絶縁性の電流検知抵抗器として機能させてもよい。これは、図１に示す絶縁性電流変換器１８の代わりの構成となる。多相システムは、通常、図２に示す相端子を適当な数だけ並列に接続して、図３に示す３相システムのような完成したシステムとなる。

「ＤＣリンクコンデンサ」として知られるコンデンサ２５は、ＤＣリンクの間に接続され、電源から流れない又は電源に戻ることのできないＤＣリンク電流（いわゆる「リップル電流」）のあらゆる交流成分を供給したり吸収したりする。実際面では、コンデンサ２５は、直列および／または並列に接続されたいくつかのコンデンサを備えていてもよく、並列接続の場合、構成要素の一部をコンバータ中に分散させてもよい。

導通期間の最後には、「オフ角度」（θ_ｏｆｆ）に達し、スイッチが開放されて電流がダイオードへと移り、巻線の両端に逆リンク電圧がかかって磁束および電流が強制的にゼロに下がる。ゼロ電流時には、ダイオードは導通しなくなり、次の導通期間が開始するまで回路は停止する。スイッチが開放されて電源にエネルギーが戻ったことが復帰電流によって示されると、ＤＣリンクの電流は反転する。電流波形の形状は、機械の動作点および採用されるスイッチング方式によって異なる。例えば、周知又は上記Stephensonの論文に記載されているように、低速動作では、一般に、電流チョッピングを利用してピーク電流を抑えており、２つのスイッチのうちの一方をオンにしたまま他方をオフにすることによって、「フリーホイーリング」と呼ばれる動作モードにしている。

当技術で周知のように、スイッチドリラクタンス機械は、相電流がモータリング電流の（時間に関して）鏡像となる生成モードで動作することができる。このようなシステムは、例えば、Radunによる「Generating with the switched reluctance motor」、Proceedings of the IEEE 9th Applied Power Electronics Conference、Orlando、Florida、February 13-17、1994、pp. 41-47に記載されており、この内容は参照することにより本出願に組み込まれるものとする。

図２および図３に示すコンバータでは、さまざまな種類のスイッチが利用可能である。例えば、６００ボルト且つ５０アンペアまでの定格の場合、一般的にＭＯＳＦＥＴが選択される。例えば、１２００ボルトかつ１０００アンペアまでのより高い定格の場合、比較的制御しやすいため、ＩＧＢＴが通常好まれる。それよりさらに高い定格の場合、ＩＧＢＴを並列に用いたり、さらに費用のかかるスイッチ技術（例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）や炭化ケイ素（ＳｉＣ））を用いたりすることもできる。

冷却システムおよび動作条件が同じ場合、電気機械のトルクはその活動量におよそ比例する。このことから、基本機械の例えば倍の出力をもつ機械の場合、鉄心の長さやステータ外径を２６％程度長くすることによって、能動素子の体積がおよそ倍にすることを設計者は期待すると思われる。しかし、電力の増加は、電力コンバータのスイッチ装置の定格とは整合しない場合がある。なぜなら、これらは離散的な大きさでしか入手できず、それぞれが独自の電圧と電流定格を有しているからである。したがって、設計者にとっては、機械の定格を高くすることはできるが、必要とされる余分な電力をサポートできる市販装置がない、ということになる。唯一利用可能な解決法としては、米国特許第5,493,195号（Heglund）に記載されているように、装置または完成したコンバータを並列に配置して、各装置で扱う電流を当該装置の定格内に収める方法がある。

図４は、並列接続された２つの装置によって実現されるスイッチの概略図である。分かり易いように、ダイオードの図示は省略している。上部スイッチＰは、並列接続された２つのスイッチＰ１、Ｐ２を備える。同様に、下部スイッチＱは、並列接続された２つのスイッチＱ１，Ｑ２を備える。上部スイッチおよび下部スイッチを閉じると、相巻線４２がＤＣリンク２６、２７に接続される。

電流変換器４４は、電源から取り込まれる電流を示す信号を与える。スイッチが正確に一緒に操作される場合（つまり、点弧信号のタイミングに食い違いがない場合）、この構成は概ねにうまく機能し、電流は装置間で適切に分配される。

ＩＧＢＴを物理的に密に（通常、同一ヒートシンク上に）装着可能な場合、それらＩＧＢＴを並列にすることは比較的簡単明瞭である。これは、装置が同一である場合、電流はこれら装置間で実質的に等しく分配されるからである。しかし、装置は、電力コンバータの所望の位置にいつも装着できるとは限らない。

装置を並列にならべたこの構成は、通常動作では満足いくものであるかもしれないが、例えば、点弧回路が故障したり、装置が開路になったりする等の理由でスイッチ装置のうちの一つが切り換わらない場合、問題が生じる。図４を参照して、複合スイッチＰ、Ｑを閉じて巻線４２を励起する際に、スイッチＰ１が閉まらない場合を考える。

磁束ひいては電流は通常通り増加し、電流変換器４４で検出されるように、電流は完全に正常となる。しかし、スイッチＰ２には通常の二倍の電流が流れており、その定格電流を越えて故障する虞がある。スイッチＰ２が故障すると、電流変換器４４ではスイッチＰ２の故障前には何の異常も検出されていなかったにもかかわらず、最初の故障がスイッチＰ１からスイッチＰ２に波及し、対応する相端子が使用不可となる。

この問題は、インバータ給電誘導同期機械の分野で取り組まれている。これまでの一般的な手法では、インバータが個別に動作できるように個々のインバータを絶縁し、各インバータモジュールは独自の電流フィードバックおよび独自の制御システムを有していた。さらに、各インバータの各相は、電気機械との共通接続の上流において、その出力ラインにインダクタを配置している。これらのインダクタは、インバータのスイッチング周波数で比較的高いインピーダンスを呈するが、合成正弦波の遥かに低い周波数では比較的低いインピーダンスを呈する。インバータへの電流要求は共通であるが、インダクタが存在することによって、スイッチング周波数でインバータが絶縁され、各インバータの個別の電流変換器が当該インバータからの電流の寄与を制御しつづけることができる。これらの技術は、例えば、ShiおよびVenkataramananによる「Parallel Operation of Voltage Source Inverters with Minimal Intermodule Reactors」、IEEE Industry Applications Society Conference, October 03-07, 2004、Seattle、pp. 156-162に記載されている。

上記インバータ給電機械に関する解決法はこの種の機械には効果的であるが、かなりの費用をかけて各モジュールに完全な制御システムと３つの追加インダクタを設けたとしても、スイッチドリラクタンス機械等の単極給電装置には利用できない。これは、コンバータの出力には高周波交流成分が含まれないからである。

したがって、この絶縁技術は効果的でない。

そこで、並列のスイッチセットを介して供給されるスイッチドリラクタンス機械の制御システムを改良することが必要とされている。

本発明は、添付の独立クレームで定義されるものである。本発明の好適な特徴は、各々の独立クレームに従属するクレームに記載されている。

実施形態には、相巻線を有するスイッチドリラクタンス機械を備えるスイッチドリラクタンス駆動装置が記載されている。駆動装置は、複数のスイッチ対を備える。各対は、前記相巻線を単方向電源に接続するように配置される。各対の一方のスイッチは、前記相巻線の一端を前記電源の正極端子に接続するように配置され、各対の他方のスイッチは、前記相巻線の他端を前記電源の負極端子に接続するように配置される。各々の電流検知器は、各スイッチ対と前記相巻線との間に連結され、１つ以上の電流変換器を備える。制御システムは、前記電流検知器に接続され、前記電流検知器からの信号を用いて前記複数のスイッチ対のスイッチ間の電流分配を監視するように構成される。

有利な点として、スイッチ間の電流分配が電流検知器の請求項に記載の構成を使って監視できるので、駆動装置の動作は、確実に安全なパラメータ範囲内となり、従来の電流測定法では識別できなかったスイッチの故障も検出することができる。これにより、スイッチモジュールを安全かつ効果的に使用することができ、上記固有の利点を実現することができる。もちろん、制御システムは、通常、他の機能も実行し、駆動装置の１つ以上の相の励起を制御するスイッチの点弧角度を設定することによって、駆動装置の方向、速度および／またはトルクを制御等を行う。

いくつかの実施形態では、前記複数スイッチ対の一つが第１モジュールに配置され、前記複数スイッチ対の別の一つが第２モジュールに配置される。前記モジュールは、互いに独立して前記スイッチドリラクタンス駆動装置から取り外し可能であり、前記モジュールのうちの１つを、他の１つ以上のモジュールと干渉しないで、簡単に修理したり交換したりすることができる。前記モジュールは、各モジュールが他の１つ以上のモジュールとは別々に独立して囲まれるよう、それぞれエンクロージャを備えていてもよい。

モジュール形式の電力コンバータを設けることにより、多数の異なる定格要件を標準規格製品で満たすことができる。例えば、定格電力５００ｋＷの電力コンバータモジュールを標準設計とする製造業者の場合、２つまたは３つのモジュールを単純に並列に配置し、その構成を適当な大きさの機械に接続することによって、定格電力１ＭＷまたは１．５ＭＷの駆動装置を提供することを望むかもしれない。これには、製造上の利便性とは別に、作業上の利点がある。つまり、一つのモジュールが故障した場合、コンバータ全体を交換することなく、故障したモジュールを取り除いたり交換したりすることが期待できる。

いくつかの実施形態では、前記制御システムは、前記複数のスイッチ対の対毎に、当該スイッチ対のスイッチを流れる電流の合成電流の大きさ（つまり、一対となる２つのスイッチの電流の合計）を求めるように構成されている。求めた大きさは、制御システムにより比較に用いられ、前記スイッチのうちのいずれかに故障が発生したかどうかを判断する。故障の場合、制御システムは故障信号を生成するように構成されている。故障信号は、故障したスイッチを含む対（またはモジュール）を示してもよい。いくつかの実施形態では、前記制御システムはさらに、各々の大きさの平均値を求めるように構成され、前記比較は、各々の大きさと前記平均値との関数を閾値との比較を含む。前記関数は、前記大きさのそれぞれと前記平均値との間の差を取ることを含んでもよい。前記閾値は、着目相において定格とされた電流値を、前記複数のスイッチ対のスイッチ対の数で割って決定されてもよい。

いくつかの実施形態では、前記電流検知器は、スイッチ毎に各々の電流変換器を備える。別の実施形態では、各スイッチ対の電流検知器は、前記スイッチ対のスイッチを介する前記相巻線と前記電源との間の各々の電流路の両方を流れる電流を検知するように配置された電流変換器を備える。

いくつかの実施形態では、前記電流検知器は、スイッチ毎に各々の電流変換器を備えて各々のスイッチを流れる電流を表す電流信号を生成し、前記制御システムは、１つ以上の前記電流信号を閾値と比較するように構成されている。これらの実施形態では、上記のようなモジュール形式のスイッチ構成におけるいずれのスイッチでも過電流を防止できる平易な手法を記載している。

さらに別の実施形態では、上記実施形態に対応するスイッチング回路モジュールと、そのようなモジュールを用いたスイッチドリラクタンス駆動装置のスイッチング回路と、相巻線および単方向電源を有するスイッチドリラクタンス機械を備える駆動装置と、スイッチのモジュール構造を有するスイッチドリラクタンス駆動装置においてスイッチ間の電流分配を監視する方法と、を記載している。

本発明のこれらおよびその他の形態や利点は、この発明の実施形態例の以下の詳細な説明および添付図面により明らかにされる。

図１は、従来技術によるスイッチドリラクタンス駆動装置の概略図である。図２は、図１のスイッチドリラクタンス機械の一つの相に用いられる、従来技術による励起回路である。図３は、図１のスイッチドリラクタンス機械に用いられる、従来技術による三相コンバータ回路である。図４は、２つの並列スイッチを用いた電力スイッチング回路の簡略概要図である。図５は、一実施形態に係る回路図である。図６は、図５の簡易概略図である。図７は、電流測定値を処理する方法を示すフローチャートである。図８は、別の実施形態に係る回路図である。図９は、相巻線に電力供給する三つのモジュールを用いた、さらに別の実施形態に係る回路図である。

図５は、駆動システムの一つの相に用いられる、本発明の一実施形態を示す回路図である。駆動システムは、他の実質的に同一の相を有していてもよいが、分かりやすくするため、それらの相の説明および図示は省略する。電気機械の相巻線４２は、電流ｉ_Ａを伝え、ノードＡ１、Ａ２で４つの電流変換器５２に接続されている。４つの変換器は、同じ性能を有しているのが好ましいが、与えられた入力に対する変換器からの出力が実質的に同じでない場合、適切な換算係数をそれらの出力に選択的に適用することもできる。巻線に対する「上部」スイッチ（つまり、ノードＡ１をＤＣリンクの正極レール２６に接続する手段）は、ダイオード２４によってＤＣリンクの負極レール２７にそれぞれ接続される２つのスイッチＸ１、Ｙ１から構成されている。同様に、巻線に対する「下部」スイッチ（つまり、ノードＡ２をＤＣリンクの負極レール２７に接続する手段）は、ダイオード２３によってＤＣリンクの正極レール２６にそれぞれ接続される２つのスイッチＸ２、Ｙ２から構成されている。図６は、これらの装置がどのように２つのモジュールにパッケージ化可能であるかを示す概略を示す。実際には、スイッチＸ１、Ｙ１、Ｘ２、Ｙ２のそれぞれに関連付けられた補助回路があり、制御システムと各スイッチとの間を仲介しているが、このような回路は完全に従来からのものと理解され、簡潔にするため省略する。

当業者であれば分かるように、２つのパワーエレクトロニクスモジュールが並列接続されて相巻線を電力供給をしているにもかかわらず、ユーザ要求を処理して適切な点弧信号をスイッチに供給する制御システムは、図１に示すように、１つだけである。

いくつかの実施形態では、個々のモジュールをメンテナンスしたり置き換えたりするために、それぞれが別々にインストールされたり駆動装置から取り外されたりできるように、複数のモジュールは別々のユニットとして設けられる。いくつかの実施形態では、モジュールはそれぞれ、別々のエンクロージャに設けられていてもよく、あるいは、別々のエンクロージャを用いずに、駆動装置の１つ以上の他のモジュールおよび／または他の構成要素を収容するエンクロージャに収容されて設けられてもよい。

電流変換器は、ノードＡ１、Ａ２に、またはノードＡ１、Ａ２から流れる電流の大きさを示す。つまり、電流変換器は、電流ｉ_Ａ１Ｘ、ｉ_Ａ１Ｙ、ｉ_Ａ２Ｘおよびｉ_Ａ２Ｙを表す信号を提供する。これらの信号を使って、スイッチ間の電流の不平衡を検出する方法は、以下のように開発することができる。相巻線の電流は、電流方向ひいては出力信号の極性を観察しつつ、各ノードに接続された２つの電流変換器の出力を合計することによって決定することができる。変換器の製造公差を見越して、２つのノードにおける電流合計を平均化してもよい。各個別の変換器出力を平均相巻線電流と比較して、出力が相巻線電流の半分と実質的に同じでない場合、スイッチは電流を正確に分配していないと推論して、駆動装置を停止することができる。

より少ないアナログ比較器を用いた好ましい手法は、以下の通りである。
数量を以下のように定義する。
ｉ_ＡＸ＝ｉ_Ａ１Ｘ＋ｉ_Ａ２Ｘ（１）
ｉ_ＡＹ＝ｉ_Ａ１Ｙ＋ｉ_Ａ２Ｙ（２）

これらの概念上の電流は、モジュールＸ、Ｙから相Ａへの寄与率とみなすことができる。疑念を避けるため、電流ｉ_ＡＸ、ｉ_ＡＹを「概念上」と呼んでいるが、これらの電流は計算の便宜上ここに持ち出されたものであり、回路の任意の１つの導体を流れる個別の電流とは対応していない。また、以下のように定義する：
ｉ_{Ａｍｅａｎ}＝（ｉ_ＡＸ＋ｉ_ＡＹ）／２（３）
（１）と（２）を（３）に代入すると、以下のようになる：
ｉ_{Ａｍｅａｎ}＝（ｉ_Ａ１Ｘ＋ｉ_Ａ２Ｘ＋ｉ_Ａ１Ｙ＋ｉ_Ａ２Ｙ）／２
＝（ｉ_Ａ１Ｘ＋ｉ_Ａ１Ｙ＋ｉ_Ａ２Ｘ＋ｉ_Ａ２Ｙ）／２

図５を検証すると、ノードＡ１、Ａ２は同一の電流路上にあり、各ノードはＸ、Ｙへと又はＸ、Ｙから流れる電流を一つにしている。
ｉ_{Ａｍｅａｎ}＝（ｉ_Ａ＋ｉ_Ａ）／２
＝ｉ_Ａ（４）

したがって、ｉ_{Ａｍｅａｎ}は相電流ｉ_Ａに相当する。制御システムにおいて、この信号は他の領域の制御に利用可能である。つまり、機械によって生成されるトルクの測定に利用することができる。各スイッチが同じ電流を伝える平衡状態では、ｉ_ＡＸ＝ｉ_ＡＹ＝ｉ_Ａとなる。

例えば、スイッチＸ１が閉まらずにｉ_Ａ１Ｘがゼロになる不平衡状態を考える。電流は、ＤＣリンクから印加される変化しない電圧によって順次生成される磁束によって決まるので、相巻線電流ｉ_Ａと電流ｉ_ｍｅａｎは変化しない。しかし、式（１）、（２）から、以下のようになる。
ｉ_ＡＸ＝ｉ_Ａ１Ｘ＋ｉ_Ａ２Ｘ＝０＋ｉ_Ａ／２＝ｉ_Ａ／２
ｉ_ＡＹ＝ｉ_Ａ１Ｙ＋ｉ_Ａ２Ｙ＝ｉ_Ａ＋ｉ_Ａ／２＝３ｉ_Ａ／２

これは、式（３）で確認することができる。
ｉ_{Ａｍｅａｎ}＝（ｉ_ＡＸ＋ｉ_ＡＹ）／２
＝（ｉ_Ａ／２＋３ｉ_Ａ／２）／２
＝（２ｉ_Ａ）／２
＝ｉ_Ａ

開状態の回路装置による電流の不均衡を検出する方法の一つとして、通常動作時に相巻線で予想される最大ピーク電流を算出し、変換器５２毎に閾値を設定して、予想されたピーク電流の半分より大きい電流を検出した場合、制御システムが信号で故障を伝えてスイッチの点弧を中止することにより、損傷が拡がることを防止する方法がある。別の方法として、いくつかの実施形態では、各電流変換器による電流測定の閾値を、各々のスイッチの定格電流に設定することもできる。この方法には限界がある。なぜなら、スイッチの安全動作がピーク電流だけでなく波形の形状要因にも左右されるということを考慮していないためである。つまり、波形が高デューティサイクルを有する場合（例えば、停動時や長時間起動時に見られるような、定電流に近い場合）、許容可能電流はシングルパルスモード動作時よりも低くなる。しがって、閾値の設定は、設計上難しい選択となる。

より望ましい制御方法は、平均電流と各モジュールからの個々の寄与率との差を考慮することである。その差は、軽微な電流不均衡や測定雑音に左右されにくいからである。
ｉ_{Ａｍｅａｎ}−ｉ_ＡＸ＝ｉ_Ａ−ｉ_Ａ／２＝ｉ_Ａ／２（５）
ｉ_{Ａｍｅａｎ}−ｉ_ＡＹ＝ｉ_Ａ−３ｉ_Ａ／２＝−ｉ_Ａ／２（６）

相巻線の最大定格電流をｉ_Ａｒとすると、以下のようになる。
ｉ_{Ａｍｅａｎ}−ｉ_ＡＸ≦ｉ_Ａｒ／２（７）
ｉ_{Ａｍｅａｎ}−ｉ_ＡＹ≦ｉ_Ａｒ／２（８）
の場合、装置はそれぞれ、所定の限度内で動作している。言い換えると、二つのスイッチ間の電流差の大きさが最大定格相電流よりも大きく、それら二つのスイッチのうちの一つが故障していることを示している場合、故障状態が検出される。そのようなことが起こっている場合、制御システムは、駆動装置を停止するか駆動装置の出力を減少させて、故障したスイッチから他のモジュールに故障が波及することを防止するようにプログラム設定することができる。例えば、機械の出力を半分減らして、正常なスイッチがその定格内で動作するようにする。図７は、この方法の実現に適した工程を示すフローチャートであり、プロセッサにより実行される場合に、その方法を実現させるコンピュータプログラムの基礎として用いることができる。このコンピュータプログラムは、ＥＰＲＯＭやＡＳＩＣ等の好適で有形な機械可読の１つ以上の媒体や、任意のデジタル記憶装置に記憶することができる。

次に、別の実施形態について説明する。式（１）、（２）を検証すると、上記方法を実現するには、ｉ_Ａ１Ｘ、ｉ_Ａ２Ｘの合計とｉ_Ａ１Ｙ、ｉ_Ａ２Ｙの合計のみが必要であることがわかる。これらの数量は、上に示したように４つの変換器から生成することもできるし、各々が該当する電流を合計する２つの変換器から提供することもできる。これを図８に示す。図では、電流変換器５２の数が４つから２つの電流変換器５２’に減っている。スイッチＹ１とノードＡ１との間の接続及びスイッチＹ２とノードＡ２との間の接続は、各電流変換器５２’を通っているので、電流は、使用される変換器の種類によって電流変換器の中または外を通って同一方向に流れる。スイッチＸ１、Ｘ２からの各々の接続は、似たような配置となっている。したがって、各変換器５２'は適切な極性の電流を合計する。この構成は、モジュール毎に必要な変換器が１つだけであるという利点がある（ただし、電流が正しい方向に変換器を通るようにケーブルを配置するのは、物理的により難しいかもしれない）。２つのモジュールを並列に動作させる必要がある状況では、上記構成は費用対効果の大きい構成である。

上記例のシステムでは、２つのパワーエレクトロニクスモジュールを使って電気機械を励起していた。しかし、本発明はこのような構成に限定されない。使用されるモジュールの数は、原則としていくつであってもよい。ただし、コスト面の利点は並列接続されるモジュールの数が増えるにしたがって少なくなる。図９は、３つのモジュールが単一の機械巻線に電力供給するように相互接続された、別の実施形態に係る接続図を示す。

図９を検証して、式（１）〜（３）を発展させると、以下のようになる：
ｉ_ＡＺ＝ｉ_Ａ１Ｚ＋ｉ_Ａ２Ｚ（９）
ｉ_{Ａｍｅａｎ}＝（ｉ_ＡＸ＋ｉ_ＡＹ＋ｉ_ＡＺ）／３＝２ｉ_Ａ／３（１０）

既述のように、概念的な電流ｉ_ＡＸ、ｉ_ＡＹおよびｉ_ＡＺは、ｉ_{Ａｍｅａｎ}と比較でき、
ｉ_{Ａｍｅａｎ}−ｉ_ＡＸ≦ｉ_Ａｒ／３（１１）
ｉ_{Ａｍｅａｎ}−ｉ_ＡＹ≦ｉ_Ａｒ／３（１２）
ｉ_{Ａｍｅａｎ}−ｉ_ＡＺ≦ｉ_Ａｒ／３（１３）
の場合、装置は、それぞれの指定された限度範囲内で動作していることがわかる。

当業者であれば分かるように、図７のフローチャートは、必要な変更を加えれば、この３つのモジュール構成あるいは４つ以上のモジュールを有する構成にも拡張して適用可能である。上記説明から明らかなように、また、数値的に簡単に証明できるように、スイッチ対をｎ個とする一般的な場合、閾値は、ｉ_Ａｒ／ｎと一般化することができる。

電流分配を監視する別の方法として、いくつかの実施形態では、ｉ_ＡＸとｉ_ＡＹとを比較して、それらの値の差が閾値量よりも大きい（例えば、２つの値のうち大きいほうの値の３０％よりも大きい）場合、故障状態であるとする手法が用いられる。これを３つ以上のスイッチ対の場合に一般化すると、各スイッチ対からの合計電流を互いに比較して、電流が適切に分配されておらず故障状態とするべきかどうかを判断する。例えば、対が３つの場合、ｉ_ＡＸは（ｉ_ＡＹ＋ｉ_ＡＺ）／２と比較することができ（必要があれば、ｉ_ＡＹとｉ_ＡＺにおいても同様）、それらの値の差が閾値量よりも大きい（例えば、２つの値のうち大きいほうの値の３０％よりも大きい）場合、故障状態とされる。

本発明の実施形態は、コンピュータ可読媒体に記憶されてシステムコントローラで実行されるコンピュータプログラム製品を含む。媒体は、開示された実施例に係る制御方式を実現するように機械を制御する処理を実現する固体メモリや他の記憶装置であってもよい。コントローラは、プログラムの命令下で動作する汎用プロセッサや他のコンピュータ手段であってもよい。同様に、アプリケーションに特化した集積回路（ＡＳＩＣ）等の専用装置を実施形態で用いることもできる。

本発明から逸脱することなく、開示された構成を変更することが可能であることは、当業者であれば分かることである。したがって、いくつかの実施形態に関する上記説明は、例として挙げただけであり、限定を意図するものではない。上記動作に大幅な変更を加えることなく、軽微な修正を構成に加えうることは、当業者にとって明らかなことである。本発明は、以下の請求項の範囲によってのみ限定されるものである。

Claims

相巻線を含む相を有するスイッチドリラクタンス機械と、
各対が前記相巻線を単方向電源に接続するように配置され、各対の一方のスイッチが前記相巻線の一端を前記電源の正極端子に接続するように配置され、各対の他方のスイッチが前記相巻線の他端を前記電源の負極端子に接続するように配置される、複数のスイッチ対と、
各スイッチ対と前記相巻線との間に連結され、１つ以上の電流変換器を備える各々の電流検知器と、
前記電流検知器に接続され、前記電流検知器からの信号を用いて前記複数のスイッチ対のスイッチ間の電流分配を監視するように構成された制御システムと、を備えるスイッチドリラクタンス駆動装置。
第１モジュールが前記複数スイッチ対の一つを備え、第２モジュールが前記複数スイッチ対の別の一つを備え、前記第１モジュールは、前記第２モジュールから独立してユニットで前記スイッチドリラクタンス駆動装置から取り外し可能であり、前記第１モジュールを前記第２モジュールから独立して交換することができる、請求項１に記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記第１モジュールは第１エンクロージャで囲まれ、前記第２モジュールは前記第１エンクロージャとは別の第２エンクロージャで囲まれる、請求項１に記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記制御システムは、前記複数のスイッチ対の対毎に当該スイッチ対のスイッチを流れる電流の合成電流の大きさを求め、求めた大きさを比較に用いて前記スイッチのうちのいずれかに故障が発生したかどうかを判断し、前記比較が、前記スイッチのうちのいずれかに故障が発生したことを示す場合は故障信号を生成するように構成される、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記制御システムは、前記複数のスイッチ対の対毎に当該対のスイッチを流れる電流の合成電流の大きさを求め、各々の大きさの平均値を求め、前記各々の大きさと前記平均値との関数を閾値と比較し、前記比較が、前記スイッチのうちのいずれかに故障が発生したことを示す場合は故障信号を生成するように構成される、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記制御システムは、前記平均値と１つ以上の前記大きさのそれぞれとの間の各々の差を前記閾値と比較するように構成される、請求項５に記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記閾値は、前記相において定格とされた電流を、前記複数のスイッチ対のスイッチ対の数で割った値である、請求項５または６に記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記故障信号は、前記複数のスイッチ対のうちのいずれの対が故障したスイッチを含むかを示す、請求項４ないし７のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
各スイッチ対のスイッチのそれぞれは、各々の電流路によって前記相巻線と前記電源との間に接続され、前記電流検知器は、前記各々の電流路の両方を流れる電流を検知するように配置された電流変換器を備え、前記電流路は、電流が両電流路において前記電流変換器を通って同一方向に流れるように配置されている、請求項１ないし８のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記電流検知器は、スイッチ毎に各々の電流変換器を備える、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
前記電流検知器は、スイッチ毎に各々の電流変換器を備えて各々のスイッチを流れる電流を表す電流信号を生成し、前記制御システムは、１つ以上の前記電流信号を閾値と比較するように構成されている、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のスイッチドリラクタンス駆動装置。
相巻線を有するスイッチドリラクタンス機械を備えるスイッチドリラクタンス駆動装置用のスイッチング回路モジュールであって、前記スイッチング回路モジュールは、
前記相巻線を単方向電源に接続するように配置され、その第１スイッチが前記相巻線の一端を前記電源の正極端子に接続するように配置され、その第２スイッチが前記相巻線の他端を前記電源の負極端子に接続するように配置される、一つのスイッチ対と、
前記電源の前記正極端子と前記相巻線との間の位置で、前記第１スイッチを流れる電流を検知するように配置される第１電流変換器と、
前記電源の前記負極端子と前記相巻線との間の位置で、前記第２スイッチを流れる電流を検知するように配置される第２電流変換器と、を備える。
前記第１電流変換器および前記第２電流変換器は、異なる別々の電流変換器である、請求項１２に記載のスイッチング回路モジュール。
前記第１電流変換器および前記第２電流変換器は、同じ電流変換器であり、前記第１スイッチを介する前記相巻線と前記正極端子との間の第１電流路と、前記第２スイッチを介する前記相巻線と前記負極端子との間の第２電流路は、電流が前記第１および第２電流路において前記電流変換器を通って同一方向に流れるように、前記電流変換器に対して相対的に配置される、請求項１２に記載のスイッチング回路モジュール。
スイッチドリラクタンス駆動装置におけるスイッチ間の電流分配を監視する方法であって、前記スイッチドリラクタンス駆動装置は、相巻線を含む相を有するスイッチドリラクタンス機械と、各対が前記相巻線を単方向電源に接続するように配置され、各対の一方のスイッチが前記相巻線の一端を前記電源の正極端子に接続するように配置され、各対の他方のスイッチが前記相巻線の他端を前記電源の負極端子に接続するように配置される、複数のスイッチ対と、を備え、前記方法は、
各スイッチ対を流れる電流を検知する工程と、
検知された電流を使って、前記複数のスイッチ対のスイッチ間の電流分配を監視する工程と、を備える。
前記複数のスイッチ対の対毎に、当該スイッチ対のスイッチを流れる電流の合成電流の大きさを求める工程と、
求めた大きさを比較に用いて、前記スイッチのうちのいずれかに故障が発生したかどうかを判断する工程と、
前記比較が、前記スイッチのうちのいずれかに故障が発生したことを示す場合、故障信号を生成する工程と、を備える、電流分配を監視する請求項１５に記載の方法。
電流分配を監視する方法は、前記各々の大きさの平均値を求める工程を備え、前記比較では、スイッチ対毎に、前記大きさと前記平均値との関数を閾値と比較する、電流分配を監視する請求項１６に記載の方法。
前記関数は、前記大きさと前記平均値との間の差を取ることを含む、請求項１７に記載の方法。
前記閾値は、前記相において定格とされた電流を、前記複数のスイッチ対のスイッチ対の数で割った値である、請求項１７または１８に記載の方法。
前記故障信号は、前記複数のスイッチ対のうちのいずれの対が故障したスイッチを含むかを示す、請求項１６ないし１９のいずれか１つに記載の方法。
前記方法は、各スイッチを流れる電流を検知し、各検知された電流を閾値と比較する工程を備える、請求項１５に記載の方法。