JP3625532B2

JP3625532B2 - Ｓｒｍに於ける残留電流の減衰を制御する制御回路及び方法

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Publication number: JP3625532B2
Application number: JP17445095A
Authority: JP
Inventors: ゲーリー・エドワード・ホースト
Original assignee: エマーソンエレクトリックカンパニー
Priority date: 1995-06-16
Filing date: 1995-06-16
Publication date: 2005-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: JPH099667A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、切換え式反作用電動機（本明細書に於いては「ＳＲＭ」と略称する）に係り、更に詳細にはかかる電動機のための電流減衰制御回路に係る。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
切換え式反作用電動機、即ちＳＲＭは当技術分野に於いてよく知られている。この種の電動機を運転させることに関する一つの問題は、各相がそのサイクルの終端に於いて切換えられる際に相巻線中の電流の回復により惹起される騒音である。ある特定の相の入力エネルギを表す電流はその相が切換えサイクルの付勢部分にある間にその相の巻線へ供給される。電動機が一つの相より他の一つの相へ切換えられる際には、消勢された巻線中の残留エネルギが減衰する。このエネルギは一般に相巻線が付勢されている間に相巻線に供給されるエネルギの約３０％であり、「テール減衰エネルギ」と呼ばれる。相巻線は誘導要素であるので、巻線が次のサイクル中に再度付勢される前にエネルギが実質的に消散されなければならないにも拘らず、巻線に流れる電流を維持しようとする。従って減衰は迅速な減衰でなければならない。かくしてエネルギを低減することの一つの効果は、相電流曲線の付勢部分と消勢部分との間に於ける過渡変化時に惹起されるリンギング効果である。この効果はサイクルの付勢部分を表す傾斜の緩やかな部分と相が消勢状態になるときに電流が０に低減される急峻な傾斜の部分との間に於ける電流曲線の傾斜の急激な変化として認められる。かかるリンギングの結果により、即ち力が電動機フレームに伝達されることにより騒音が発生され、この騒音は５０ｄＢ程度である。
【０００３】
電動機の種々の運転パラメータの関数として電動機の複数の相の間の切換えを制御するために転流回路が使用される。転流回路には一般にパルス幅変調器（ＰＷＭ）が使用される。ＰＷＭ回路は電動機の各相への電圧の供給を制御することに加えて、残留電流の減衰を制御するためにも使用され得るものである。これらの回路は所定のアルゴリズムに従って残留電流の減衰を制御する。しかしかかる電流減衰制御回路の一つの欠点は、それらの回路が通常１００％の強制転流減衰を採用しており、従って騒音の問題を悪化させる傾向を有するということである。減衰に関する一つの試みがＣ．Ｙ．Ｗｕ及びＣ．Ｐｏｌｌｏｃｋにより著された「ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＲｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆＶｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄＡｃｏｕｓｔｉｃＮｏｉｓｅｉｎｔｈｅＳｗｉｔｃｈｅｄＲｅｌｕｃｔａｎｃｅＤｒｉｖｅ」と題する論文に於いて提案されている。この論文に記載された方法は、相が消勢状態に切換えられるときには電動機の共振時間の半分に等しい時間に亘り相巻線中の電流を零電圧にて減衰させ、その後消勢時間の残りの部分について強制転流することを含んでいる。この方法の欠点は二つの部分に分割された一つの減衰区間しか存在しないということである。従って電流が０に低減される際に於ける電流曲線の傾斜に対する制御の度合は騒音を大きく低減し得るほど融通性のあるものではない。
【０００４】
上述の方法は有効ではあるが、騒音を低減しつつテール電流の減衰を容易に行うに有効な方法が必要とされている。
【０００５】
【発明の概要】
本発明の幾つかの目的は、電動機の巻線に於ける残留電流、即ちテール電流の減衰を制御するための制御回路を提供すること、電動機の騒音を現状の騒音レベルより少なくとも１０ｄＢ低減するようテール電流の減衰を制御する制御回路を提供すること、ハードチョッピングによる電流減衰制御法及びソフトチョッピングによる電流減衰制御法を統合する制御回路を提供すること、一つのゲート駆動のみを用いて二種類のチョッピングを行う制御回路を提供すること、１２−６型の二相ＳＲＭや６−４型の三相ＳＲＭの如き二相及び三相のＳＲＭに使用可能な制御回路を提供すること、ＰＷＭ型の制御装置に容易に組み込むことができＳＲＭの各相に供給される全体としての平均電圧を制御する制御回路を提供すること、相巻線が消勢状態にある場合のテール電流を制御するためにＰＷＭ信号のパルス幅特性を逆転し、これにより相が消勢されているときに電流が０に減少する速度を穏やかにすることを補助する制御回路を提供すること、一方の組のスイッチが相の切換えに応じて開閉され、他方の組のスイッチがＰＷＭ信号により制御される二組のスイッチを使用する制御回路を提供すること、相が付勢状態より消勢状態に切換えられる際にＰＷＭ信号の周波数若しくはデューティサイクルを制御し、これにより減衰電流の曲線の傾斜を良好に制御する制御回路を提供すること、エネルギ回収回路とエネルギ消散回路との間に於ける巻線の接続の切換えを制御して残留電流を０に低減する制御回路を提供すること、ＳＲＭに於いて騒音を発生する楕円変形力が電動機の高速且つ低トルクの運転条件の場合よりも低い低速且つ高トルクの条件にて運転されているＳＲＭに於ける騒音を低減することにも有効なテール電流制御回路を提供すること、電動機の特定の条件に応じて広範囲の減衰スケジュールを発生することのできるマイクロプロセッサが使用された制御回路を提供すること、電動機の共振周波数の少なくとも２倍の周波数にて動作することができる制御回路を提供すること、低廉にして信頼性に優れ、ＳＲＭの運転範囲全体に亘り騒音を低減する機能を果たす制御回路を提供することである。
【０００６】
本発明によれば、概説すれば、単相又は多相ＳＲＭに於ける残留電流、即ちテール電流の減衰を制御する制御回路が使用される。ホール効果センサがＳＲＭのロータの位置を検出する。巻線により表される相が付勢状態にあるときには電流が巻線に流れ、消勢された状態になるときには巻線への電流の流入が終了する。半導体スイッチが相が付勢状態にあるときに巻線へ電流を導き、また相が消勢状態になるときには巻線中の残留エネルギを回収し又は消散させることを補助する。このことはエネルギ回収回路とエネルギ消散回路との間に所定の要領にて巻線の接続を切換えることによって達成される。ＰＷＭ信号発生器がＰＷＭ動作信号をスイッチへ供給し、巻線へ流入する電流及びその後のエネルギの回収又は消散を制御する。ＰＷＭ制御モジュール又はＰＷＭ出力を有するマイクロプロセッサがホール効果センサに応答してＰＷＭ信号発生器の動作を制御する。従ってＰＷＭ信号発生器は巻線に電流が流れているか否かによって異なる信号特性を有するＰＷＭ信号を発生する。相が消勢された状態にある場合に於けるＰＷＭ信号の周波数及びデューティサイクルは、電流減衰の傾斜を制御し電動機の騒音を低減し得るよう変更可能である。
【０００７】
【実施例】
以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について詳細に説明する。
【０００８】
添付の図に於いて、切換え式反作用電動機（図示せず）は１〜５の相を有する電動機であり、典型的には多相電動機である。かかる電動機の例は１２−６型の二相電動機や６−４型の三相電動機である。各相は電動機の運転中に順次付勢され消勢される。各相が付勢される時間は種々の運転パラメータによって異なり、一つの相より次の相へ切換えが行われる時点を決定するための種々の制御方法が従来より提案されている。一つの相が付勢されているときには、その相の巻線Ｗに電流が供給される。巻線に対する理想的な電流曲線が図１に示されている。図１のグラフに示されている如く、相への電力の供給（巻線への電流の供給）は時点Ｔ０に於いて開始する。電流は時点Ｔ１まで巻線Ｗへ供給され、時点Ｔ１に於いてその特定の相が消勢される。図１に示されている如く、時点Ｔ１に於いては巻線Ｗ中に比較的多量のエネルギが存在し、この残留エネルギはその相が消勢される前に回収され或いは消散されなければならない。この時点に於いて相巻線に流れる電流は零電圧のテール電流、即ち減衰電流であり、この電流は時点Ｔ１より時点Ｔ２までの間継続する。
【０００９】
図１に示されている如く、相巻線への電流の供給が時点Ｔ１に於いて停止される際に於ける電流曲線の傾斜は比較的緩やかである。しかしテール電流が０にされる際の電流曲線の傾斜は非常に急峻である。電動機のロータ歯がステータ歯を通過する際には、電動機内に発生される楕円変形力により撓みが惹起されることが知られている。かかる撓みが生じると時点Ｔ１に於いてエネルギの急激な変化が生じ、その結果が図１０に於いて実線の曲線にて示されている如く顕著なリンギングが生じ、このリンギングにより騒音が発生される。残留電流、即ちテール電流を０に低減する二つの方法がある。その一つの方法は電流を徐々に低減すること、即ち時点Ｔ１よりＴ２までに於ける電流曲線の傾斜を緩やかにする方法である。他の一つの方法は電流を急激に低減すること、即ち電流曲線を急峻にする方法である。前者の方法は「ソフトチョッピング」と呼ばれ、後者の方法は「ハードチョッピング」と呼ばれる。ソフトチョッピングのみを使用することに関する問題は、この方法によれば騒音を低減することはできるが時間がかかり過ぎるということである。残留電流は時点Ｔ２以前に０になることができない。またハードチョッピングに関する問題は時点Ｔ２までに電流を０に低減することはできるが、上述のリンギングが発生するということである。
【００１０】
図２（Ａ）に於いて、図１に示された電流波形と同様の電流波形はソフトチョッピング法に従ってチョッピングされた電流を示している。即ち０〜＋Ｖ［Ｖ］の振幅を有するパルス幅変調信号が相電流に加えられる。この場合には相巻線が付勢された状態にある間にも電流に乱れが生じることが解る。またこの方法の一つの欠点は電流が０に低減される速度が非常に遅いということである。
【００１１】
図３（Ａ）及び（Ｂ）にはハードチョッピングとして知られている方法が図示されている。図３（Ｂ）に示されている如く、ハードチョッピングはパルス幅変調信号が−Ｖ〜＋Ｖ［Ｖ］の振幅を有する点に於いてソフトチョッピングとは異なる。この信号が相巻線に与えられると、ソフトチョッピング信号による方法よりも速く電流を０に低減することができる。しかし相が付勢された状態にある場合にもその相巻線に与えられる電流の変動が大きくなり、また電流が急激に低減されることより発生される力によって騒音が増大される。
【００１２】
第三の方法が図８に示されており、この方法は前述の論文に記載されたＷｕ及びＰｏｌｌｏｃｋによる方法を反映するものである。前述の如く、電流は時点Ｔ０より時点Ｔ１までに於いて相巻線Ｗに供給される。時点Ｔ１より時点Ｔｘまでの区間に於いては、電流は零電圧の減衰に委ねられ、即ち電流を０に低減する信号は相巻線に供給されず、このことはソフトチョッピングに対応している。また時点Ｔｘより時点Ｔ２までの区間に於いては、電流を完全に０に低減すべく強制転流信号が相巻線に供給される。このことはハードチョッピングに対応している。時点Ｔ１より時点Ｔｘまでの区間は電動機の共振時間の半分に等しい時間である。この方法の効果は、電流がハードチョッピングのみによって０に低減される場合よりも区間Ｔ１〜Ｔ２に於ける電流曲線の傾斜が緩やかになるということである。このことはリンギングを低減する効果を有する。この初期時間の経過後に電流はハードチョッピングにより０に低減される。しかし相巻線中のエネルギの一部がハードチョッピングの開始前に消散されるので、リンギングにより発生される騒音は小さい。この方法は有効なものではあるが、区間Ｔ１〜Ｔ２中に一つのソフトチョッピング時間及び一つのハードチョッピング時間しか存在しないので制限される。即ちこのことによりリンギング及び騒音を更に低減する制御の度合が制限される。
【００１３】
多極ＳＲＭの相巻線Ｗ中の残留電流、即ちテール電流の減衰を制御する本発明の制御回路が図６に於いて符号１０にて全体的に示されている。以下の説明は電動機の一つの相についてのテール電流の減衰制御に関するものであるが、制御回路１０は電動機の全ての相について動作し得るものである。前述の如く、相が付勢されている間その相巻線に対し電流及び電圧が与えられ、電圧及び電流は相が消勢されるとその相巻線より遮断される。次いで相巻線中の残留エネルギがその巻線に接続される回路の構造に応じて回収又は消散される。第一の回路構造は、相が消勢されているときに相巻線Ｗに接続されてその相巻線よりエネルギを回収するバスコンデンサＣを含んでいる。コンデンサＣは並列接続された抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ２と並列に接続されている。これらの回路素子は抵抗器Ｒ２と並列に接続されている。抵抗器Ｒ１は例えば１０Ωの抵抗器であり、抵抗器Ｒ２は１００ＫΩの抵抗器であり、コンデンサＣ２は０．２２μＦのコンデンサである。抵抗器Ｒ２は電動機の運転が停止される際にコンデンサＣ内のエネルギを漸次低減するために使用される。抵抗器Ｒ１及びコンデンサＣ２は回路中にノイズを発生させる電圧スパイクに対する高周波フィルタを構成している。
【００１４】
図６に於いては巻線ＷはダイオードＤ1 及びＤ2 を介してラインＬ1 及びＬ2 の間に接続された状態で図示されている。これらのダイオード及び巻線はスイッチ装置１６のスイッチが開かれているときには強制転流ループ又はエネルギ消散ループを構成する。ラインＬ1 及びＬ2 は電動機へ入力される１１５［Ｖ］の交流電流を整流するために使用される全波ブリッジ整流器１２の出力を横切って接続されている。ブリッジ整流器の出力端子及びバスコンデンサは接続点１４ａ及び１４ｂに於いて互いに接続されている。
【００１５】
テール電流の減衰を更に容易に理解し得るよう、図４（Ａ）はオン時間がオフ時間よりも実質的に短いＰＷＭゲート信号を示している。ゲート信号のオン時間中には直流電圧が相巻線Ｗに印加される（図４（Ｂ）参照）。またこの信号のオフ時間中には電圧は巻線に印加されず、巻線はダイオードＤ１を有する閉ループ回路に接続され（図４（Ｃ）参照）、巻線を横切って与えられる電流が零電圧にて減衰される。図５（Ａ）に於いて、相中のテール電流を減衰させるために使用される信号もＰＷＭ信号である。この信号のオン時間はオフ時間よりも長い。オン時間中にはスイッチＳ１が閉じられ、これにより巻線Ｗの電流はダイオードＤ１を流れる。またこの信号のオフ時間中には巻線の両側のスイッチＳ１及びＳ２が開かれる。従って巻線は電動機へ入力される電力のアッパラインに対応するバスコンデンサＣに二つのダイオードＤ１及びＤ２を介して接続された状態になる。コンデンサＣはテール減衰電流にて充電される貯蔵コンデンサである。図５（Ｂ）及び（Ｃ）に於いて、特に図５（Ｂ）はソフトチョッピングの回路構造を示し、図５（Ｃ）はハードチョッピングの回路構造を示している。
【００１６】
回路１０は相が消勢された状態になる際に相巻線ＷをコンデンサＣを含む回路に接続するスイッチ装置１６を含んでいる。スイッチ装置１６は第一の組のスイッチ１８と第二の組のスイッチ２０とを含み、第一の組のスイッチ１８は相巻線の一方の側に接続され、第二の組のスイッチ２０は相巻線の他方の側に接続されている。これら二組のスイッチは図６に於いてはＭＯＳＦＥＴ２２として図示された二つの半導体スイッチよりなっている。勿論本発明の範囲内にて他の半導体スイッチが使用されてもよい。各組のスイッチに於いては、切換え容量を増大すべく一対のスイッチが互いに並列に接続されている。また各ＭＯＳＦＥＴはダイオードＤ３と並列に接続された抵抗器Ｒ３を含むゲート回路を有している。各抵抗器Ｒ３は例えば１００Ωの抵抗器である。各対のゲート入力素子の入力側は接続点２４ａ及び２４ｂに於いて互いに接続されている。後に説明する如く、各組のスイッチへの入力信号は接続点２４ａ及び２４ｂを経て供給される。
【００１７】
電動機のロータの位置を検出する検出装置２８が設けられている。検出装置２８は従来の要領にて動作するホール効果センサ３０を含んでいる。各組のスイッチは対応する電源３２及び３４を有している。ホール効果センサ３０は第二の組のスイッチ２０に対応する電源３４に接続されている。二つの電源３２及び３４は互いに同様の構造を有している。各電源は降圧変圧器３６を含み、この変圧器の一方の側は１１５［Ｖ］の交流入力電源に接続されている。整流ダイオードＤ４が変圧器の出力側を横切って接続され、接続点３８ａ及び３８ｂに於いて互いに接続されている。変圧され整流された入力電圧は抵抗器Ｒ４を介してツェナーダイオードＺ１を横切って印加される。ツェナーダイオードは第一及び第二の組のスイッチへの入力電圧を例えば１８［Ｖ］にクランプする。各ツェナーダイオードを横切ってフィルタコンデンサＣ３が並列に接続されている。電源３２の電圧出力は第一の組のスイッチ１８の対応するＭＯＳＦＥＴ２２のゲートソースに接続され、コンデンサＣ３の一方の側は第一の組のスイッチのゲート入力側にて抵抗器Ｒ５を介して接続点２４ａに接続されている。電源３４のコンデンサＣ３の一方の側は、後に説明する如く発生される動作信号の流れを制御する制御装置４２の集積回路（ＩＣ）４０に接続されている。この第二のコンデンサＣ３の他方の側は抵抗器Ｒ５を介して第二の組のスイッチ２０の接続点２４ｂに接続されている。
【００１８】
図６及び図７（Ａ）に於いて、信号発生装置４４がバスコンデンサＣを含む回路に相巻線Ｗの接続を切換える動作信号をスイッチ装置１６へ出力する。図７（Ａ）に示されている如く、信号発生装置４４は二つの互いに接続されたモデルＮｏ．５５５のＩＣタイミングチップ４６ａ及び４６ｂを含んでいる。信号発生装置４４は二つのチップヘ電力を供給すべく電源３４の接続点４８ａ及び４８ｂの間に接続されている。チップ４６ａはコンデンサＣ4 を介して互いに接続されたピン１及び５を有している。このチップのピン１及び８は接続点５２ａに於いて入力電力の一方の側に接続されており、特にピン１はコンデンサＣ5 を介して接続されている。抵抗器Ｒ6 、ポテンショメータＰ1 及びコンデンサＣ6 を含む分圧器回路網が信号発生装置４４への電力ラインを横切って延在している。チップ４６ａのピン６はポテンショメータの一方の側に接続されており、入力ピン７はポテンショメータのワイパーアームに接続されている。ダイオードＤ5 はこれらの二つのピンを横切って接続されている。またこのチップのピン３は抵抗器Ｒ7 を介してトランジスタＱ1 のベースに接続されている。ピン２及び６はピン４及び８の場合と同様互いに接続されている。トランジスタＱ1 の出力はチップ４６ｂのピン２に接続されている。またこのピンは抵抗器Ｒ8 を介して信号発生装置４４への電力の一方の側に接続されている。チップ４６ａと同様、チップ４６ｂのピン１及び８はコンデンサＣ7 を介して信号発生装置の入力電力の一方の側に接続されている。またピン１はコンデンサＣ8 を介してピン５に接続されている。ピン７には抵抗器Ｒ9 及びポテンショメータＰ2 を含む分圧器より導かれる電圧が入力される。またこのチップのピン６はコンデンサＣ9 を介して入力電力の他方の側に接続されている。更にピン６及び７はピン２及び４の場合と同様互いに接続されている。
【００１９】
信号発生装置４６が設けられており、この信号発生装置はパルス幅変調信号発生装置として機能し、そのチップ４６ｂのピン３よりの出力は制御装置４２のＩＣ５０の入力として供給される。或いは動作信号は図７（Ｂ）に示されている如きマイクロプロセッサ５２により発生されてもよい。マイクロプロセッサ５２は電動機の速度、トルク等の如き種々のＳＲＭ運転パラメータの関数として信号発生装置４４により発生される信号のパルス幅変調を制御するようプログラムされている。またマイクロプロセッサは制御装置へ供給される動作信号の所望の特性（周波数、デューティサイクル、振幅等）を決定する演算に種々の検出パラメータを組み入れるアルゴリズムにてプログラムされている。
【００２０】
制御装置４２は電流検出装置２８に応答し、これにより信号発生装置４４の動作を制御する。チップ４０及び５０は１４ピン形のチップであり、チップ４０はモデルＣＤ４００１であり、チップ５０はモデルＣＤ４０１１ＢＥである。信号発生装置４４又は５２の動作信号出力はチップ５０のピン１３への入力として制御装置４２へ供給される。チップへの電力は接続点４８ａより各チップのピン１４に供給され、また接続点４８ｂより各チップのピン７へ供給される。ホール効果センサ３０はチップ５０の互いに接続されたピン８、９及びスイッチ５６の常開の接点５４へ入力信号を出力する。
【００２１】
センサ３０の出力は制御装置４２へ出力されるだけでなく、抵抗器Ｒ９〜Ｒ１１を含むベースバイアス回路網を介してトランジスタＱ２のベースにも出力される。トランジスタＱ２は抵抗器Ｒ１２を介してオプトアイソレータ装置５８へ入力信号を出力する。オプトアイソレータ装置５８はモデル４Ｎ３５型のアイソレータ６０を含み、その一方の側には抵抗器Ｒ１３を介して電力供給装置３２より電力が供給される。オプトアイソレータ装置５８はバイアス抵抗器Ｒ１４を介してトランジスタＱ３のスイッチングを制御する。トランジスタＱ３の状態は第一の組のスイッチ１８のＭＯＳＦＥＴ２２への電力の供給を制御する。第一の組のスイッチ１８はそれらのスイッチがオン又はオフの何れかであるよう操作される。これらのスイッチは相が付勢されているときには閉じられ、相が消勢状態にあるときには開かれる。
【００２２】
制御装置４２はホール効果センサ３０の出力に応答し、信号発生装置４４により供給される動作信号が相が付勢されているときには一組の信号特性を有し、相が消勢されているときには他の一組の信号特性を有するよう、信号特性を制御する。制御装置４２は相が消勢された状態になったことを示すホール効果センサ３０よりの出力に応答し、動作信号のデューティサイクルを逆転する。かくして相が付勢されているときに動作信号が１０％オン、９０％オフであるならば、ホール効果センサが相が消勢されていることを示すときには、チップ５０のピン８及び９へ供給される信号により制御装置は９０％オン、１０％オフの動作信号を出力する。相が再度付勢された状態になると、ホール効果センサの出力によりデューティサイクルが元のサイクルに戻される。任意の時点に於けるオン時間とオフ時間との比率は区間ごとに異なる。またマイクロプロセッサは電動機がある所定の条件（例えば所定の電動機速度範囲）下にあるときには、制御装置が特定の組の特性を発生し、これによりオン時間及びオフ時間が逆転されても動作信号が所望の特性を有するよう、制御回路の動作に陵駕することができる。
【００２３】
逆転されたＰＷＭ動作信号はチップ４０のピン３に於いて発生される。この信号はベース抵抗器Ｒ１５を介してトランジスタＱ４のベースへ供給される。このトランジスタの出力は接続点２４ｂに於いて第二の組のスイッチ２０のＭＯＳＦＥＴ２２のゲート入力へ供給される。動作信号はオン部分とオフ部分とを有するので、この信号は第二の組のスイッチ２０の素子がテール電流減衰のハードチョッピング部分及びソフトチョッピング部分を交互に与えるよう、第二の組のスイッチの素子を効果的に制御する。従って上述のハードチョッピング部分及びソフトチョッピング部分の両方を発生する一組のスイッチによりテール電流の零電圧の電流チョッピングによる消散が行われる。このことが図９（Ａ）及び（Ｂ）に図示されている。時点Ｔ１に於いては零電圧の最初のソフトチョッピング区間が存在し、その後に継続時間の短いハードチョッピング区間が存在する。図９（Ａ）より解る如く、このプロセスはテール電流が０に低減されるまで繰り返される。継続時間の長いソフトチョッピング区間は動作信号の長いオン時間に対応し、継続時間の短いハードチョッピング区間は動作信号の短いオフ時間に対応している。尚図９（Ａ）及び（Ｂ）に示された継続時間の関係は例示に過ぎない。
【００２４】
以上の説明より、制御回路１０の一組の動作特性は特定のＰＷＭ周波数に対する動作信号のデューティサイクルが逆転したものであることが理解されよう。しかしＰＷＭ信号を発生するマイクロプロセッサ５２によれば、テール電流の減衰時間内に於いてデューティサイクル、周波数、又はこれらの両方を変更することが可能である。図１１（Ａ）乃至図１１（Ｄ）には、一つの区間に於けるソフトチョッピング部分及びハードチョッピング部分が残留電流が０まで減衰する幾つかの区間全体に亘り制御されるよう、デューティサイクル又は周波数又はそれらの両方が変更される幾つかの例が示されている。周波数及びデューティサイクルの両方を変更し得ることは重要である。何故ならば、かかる変更を行い得ることにより電流曲線の傾斜を高度に制御し、これにより残留電流の減衰中に電動機に対する騒音制御を良好に行うことができるからである。図１１（Ａ）の制御方法に於いては、各区間Ｉに於けるＰＷＭ動作信号のデューティサイクルは一定である。従って電流減衰時間Ｔ１〜Ｔ２全体に亘り各デューティサイクルのオン部分は一定である。
【００２５】
図１１（Ｂ）に於いては、区間Ｉは一定であるが、デューティサイクルは区間毎に変化している。このことにより例えばソフトチョッピング部分を一連の区間毎に順次短くし、ハードチョッピング部分を順次長くすることができる。
【００２６】
図１１（Ｃ）に於いては、例えば区間Ｉ１が区間Ｉ２よりも長くなるよう各区間の継続時間は変更可能である。しかしデューティサイクルは一定であり、従ってたとえ各区間のソフトチョッピング部分及びハードチョッピング部分が互いに異なる長さであっても、この二つの部分の長さの比は電流減衰時間全体に亘り一定である。
【００２７】
更に図１１（Ｄ）に於いては、ＰＷＭ動作信号の区間Ｉ及びデューティサイクルの両者が可変である。前述の如く電流減衰を制御するために選択される特定のＰＷＭ特性はＳＲＭの特定の運転条件の関数であり、従って相が消勢された状態になる度毎に特定の組の特性が使用されてもよく、或いは相が消勢された状態になる度毎に異なる組の特性が選択されてもよい。
【００２８】
ハードチョッピング及びソフトチョッピングが行われる実際の区間に拘らず、信号の周波数は電動機の共振周波数の少なくとも２倍である。このことにより電動機のフレームに於ける共振に起因して騒音が発生されることが防止される。制御回路１０はテール電流を効果的に減衰させるだけでなく、電動機の騒音を約５０ｄＢのレベルより約１０ｄＢ低減することが判った。更に制御回路１０は二相ＳＲＭや三相ＳＲＭを含む種々のＳＲＭに使用可能であることが判っている。
【００２９】
以上に於いてはＳＲＭに於けるテール電流の減衰を制御する制御回路について説明した。この制御回路は電動機の騒音を現状のＳＲＭに於ける５０ｄＢのレベルより少なくとも１０ｄＢ低減するようテール電流の減衰を制御する。図１０に於いて破線の曲線にて示されている如く、制御回路１０が使用される場合に於ける電動機のリンギングは従来のリンギングのレベルより大きく低減される。このことを達成すべく、制御回路は一つのゲート駆動のみによってハードチョッピングによる電流減衰制御とソフトチョッピングによる電流減衰制御とを組み合わせる。制御回路は１２−６型の二相ＳＲＭ及び６−４型の三相ＳＲＭを含む二相及び三相両方のＳＲＭに使用可能である。また制御回路はＳＲＭの各相の間に於ける全ての相切換えを制御するＰＷＭ型の制御装置に容易に組み込むことができるものである。制御回路はその動作の一部として、相が消勢されているときに於ける電流を制御するために使用されるＰＷＭ信号のパルス幅を逆転し、このことにより相が消勢されている間にテール電流を０に低減することが補助される。制御回路は二組のスイッチを使用し、一方の組のスイッチは電動機の相が切換えられる際に開閉され、他方の組のスイッチはＰＷＭ信号により制御される。相が付勢状態より消勢状態に切換えられる際にＰＷＭ信号のオン部分及びオフ部分を逆転することは制御回路の一つの特徴である。制御回路はスイッチのＰＷＭ変調を使用してテール電流により充電されるバスコンデンサを含む経路に相巻線の接続を切換える。ＳＲＭに於いて騒音を発生する通常の楕円変形力は電動機の高速運転時には低いので、制御回路は特に低速且つ高トルクにて運転しているＳＲＭに於ける騒音を低減する点に於いて効果的である。このことは、制御回路が周波数及びデューティサイクルの両方を変更し、これによりソフトチョッピング及びハードチョッピングの比率を所望の比率に制御することによる。また制御回路は電動機の共振周波数の少なくとも２倍の周波数にて動作する。更に制御回路はＳＲＭの全運転範囲に亘り騒音を低減する低廉にして信頼性の高い手段を与える。
【００３０】
以上の説明より、本発明の幾つかの目的が達成され、他の有利な結果が得られることが理解されよう。
【００３１】
以上に於いては本発明を特定の実施例について詳細に説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＳＲＭの一つの相に於ける電流波形を示すグラフであり、電流波形のテール電流の減衰を示している。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれＳＲＭの相電流波形及び電圧波形を示すグラフであり、ＳＲＭのための電流制御装置のソフトチョッピング動作を示している。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ電流制御装置のハードチョッピング動作のための相電流波形及び電圧波形を示す図２と同様のグラフである。
【図４】（Ａ）はＳＲＭの一つの相の付勢中に於けるソフトチョッピングに使用されるゲート信号を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）は電流減衰のオン部分及びオフ部分のための回路を示している。
【図５】（Ａ）は電動機の相消勢モード中に使用される逆転されたゲート信号を示し、（Ｂ）及び（Ｃ）はそれぞれ電流減衰のためのソフトチョッピング回路及びハードチョッピング回路を示している。
【図６】本発明のテール電流減衰回路の第一の実施例を示すブロック線図である。
【図７】（Ａ）はテール電流のハードチョッピング及びソフトチョッピングを行うために使用される動作信号を発生するための信号発生モジュールの一部を示すブロック線図であり、（Ｂ）はハードチョッピング及びソフトチョッピングを行うために使用される動作信号を発生するパルス幅変調機能を備えたマイクロプロセッサを示している。
【図８】従来のテール電流減衰法を示す図１と同様のグラフである。
【図９】（Ａ）は本発明が組み込まれたテール電流減衰法を示す図１と同様のグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）に示されたグラフの一部を示す拡大図である。
【図１０】本発明により達成可能な電動機のリンギングの低減を示すグラフである。
【図１１】電流減衰を制御するＰＷＭ信号の種々の周波数及びデューティサイクルの組み合わせを示す説明図である。
【符号の説明】
１０…制御回路
１２…全波ブリッジ整流器
１６…スイッチ装置
２２…ＭＯＳＦＥＴ
２８…検出装置
３０…ホール効果センサ
３２、３４…電源
３６…降圧変圧器
４２…制御装置
４４…信号発生装置
５２…マイクロプロセッサ

Claims

付勢されているときには電流が供給され消勢されているときには電流が供給されない少なくとも一つの相巻線を有する単相又は多相切換え式反作用電動機に於ける前記相巻線の残留電流の減衰を制御する制御回路であって、
相が付勢されているか消勢されているかを示す出力を生成する検出手段と、
前記相が付勢されているときには前記巻線へ電流を導き、前記相が消勢されているときには前記巻線の接続を切換えて交互にエネルギ回収回路とエネルギ消散回路を形成するスイッチ手段と、
前記電流及び前記エネルギの回収又は消散を制御する動作信号を前記スイッチ手段へ供給する信号発生手段と、
前記検出手段の出力に応答して、相が付勢されているか消勢されているかによって異なる動作特性を有する動作信号を出力し、これにより前記相が消勢された状態となるときには前記エネルギ回収回路と前記エネルギ消散回路を交互が形成されるよう前記巻線の接続が切換わるように前記信号発生手段を制御する制御手段とを含み、
前記制御手段が前記動作信号の周波数又はデューティサイクルを制御して電流の減衰速度を制御して前記電動機の騒音を抑制することを特徴とする制御回路。
請求項１の制御回路であって、前記スイッチ手段が電源と前記相巻線へ接続され、該相巻線への電圧の印加を制御し、前記制御手段が電流の減衰中に前記相巻線へ印加される電圧を負の電圧強度から零ボルトへ変化するよう前記スイッチ手段へパルス化されたゲート信号列を供給するよう構成されていることを特徴とする制御回路。
請求項１の制御回路であって、前記スイッチ手段が電源と前記相巻線へ接続され、該相巻線への電圧の印加を制御し、残留電流の減衰中に於ける前記相巻線に（ｉ）ＤＣ電源により与えられる負のＤＣ電圧と（ｉｉ）半導体装置を有する閉ループ回路に前記相巻線を接続することにより生成される電圧との異なる電圧レベルが繰り返し印加されるよう前記制御手段が前記スイッチ手段を制御することを特徴とする制御回路。
請求項１の制御回路であって、
前記相巻線に接続され前記相が消勢された状態となったときに前記相巻線に流れる電流により充電され、これによりエネルギーの一部を回収するコンデンサを含み、
前記信号発生手段がＰＷＭ信号発生器を含み、
前記制御手段が、前記相が消勢された際に前記ＰＷＭ信号発生器により生成される動作信号のパルス幅を、前記相が付勢されている際に生成されていた動作信号のパルス幅と逆転することを特徴とする制御回路。
請求項１の制御回路であって、
前記相巻線から回収されるエネルギーを蓄積するためのコンデンサと、
前記相巻線に接続された電力消散手段とを含み、
前記信号発生手段が、前記コンデンサを含む回路と前記エネルギ消散手段を含む回路とに交互に前記巻線の接続を切換える動作信号を前記スイッチ手段へ出力し、前記動作信号は、電流のハードチョッピング及びソフトチョッピングの両方を行うために前記スイッチ手段の状態を制御するために使用され、
前記制御手段が、相が付勢されているときには一組の信号特性を有する動作信号を供給し前記相が消勢されているときには他の一組の信号特性を有する動作信号を供給するよう前記信号発生手段の動作を制御して、これにより前記零電圧の生成、前記残留電流のエネルギ回収及び消散を行い、前記動作信号の周波数及びデューティサイクルの両方を制御して前記残留電流の前記エネルギの回収及び消散を行うと共に前記電動機の騒音を低減することを特徴とする制御回路。
請求項１の制御回路であって、前記スイッチ手段は第一及び第二の組のスイッチを含み、前記二組のスイッチは前記相巻線のそれぞれの側に設けられ、一方の組のスイッチが前記相が付勢されているときには閉じられ、前記相が消勢されているときには開かれることを特徴とする制御回路。
単相又は多相切換え式反作用電動機の、相が付勢されている際に電流が供給され前記相が消勢された状態になるときには残留電流が残る巻線の前記残留電流を減衰する方法であって、
前記巻線の接続を切り換えて前記残留電流のエネルギの一部を回収するエネルギ回収回路である第一の回路と前記残留電流のエネルギの一部を消散するエネルギ消散回路である第二の回路のいずれかを形成することを含み、
前記巻線の接続の切り換えが複数の区間に亙って行われるとともに前記区間の各々の一部に於いて前記回路のうちの一方が形成され前記区間の残部に於いて前記回路のうちの他方が形成されるよう制御され、前記区間の各々の長さ及び各区間に於ける前記回路の一方又は他方が形成されている時間の長さが所定の態様にて変化するよう制御され、これにより、前記電動機に引き起こされるリンギングを最小にして該電動機の騒音を低減すべく前記残留電流を零に減衰させる制御された態様にて前記第一及び第二の回路の間に於ける前記巻線の接続を制御することを特徴とする方法。
請求項７の方法であって、前記巻線の接続の切り換えの制御に於いて、残留電流減衰中の前記巻線内の電流が二つ又はそれ以上の区間に亙って正の値から零へ低減し、前記区間の各々に於いて電流の減衰の傾きが変化するよう前記残留電流減衰中の前記巻線への電力の供給を制御することを特徴とする方法。
請求項７の方法であって、前記巻線の接続の切り換えの制御に於いて、
（ｉ）第一の減衰区間に於いて前記巻線に負の電圧を与え、
（ｉｉ）第二の減衰区間に於いて半導体装置を有する閉ループ回路内に前記巻線を接続することにより生ずる電圧を前記巻線に与えることを含み、
前記第二の減衰区間に於ける電流減衰の傾きが前記第一の減衰区間に於ける電流減衰の傾きよりも小さいことを特徴とする方法。
請求項７の方法であって、前記巻線の接続の切り換えの制御に於いて、前記巻線へパルス幅変調された電圧パルス列を与えることを特徴とする方法。
請求項７の方法であって、前記巻線の接続の切り換えの制御に於いて、残留電流減衰中に前記巻線へ複数の区間に亙って（ｉ）ＤＣ電源により与えられる負のＤＣ電圧と（ｉｉ）半導体装置を有する閉ループ回路に前記相巻線を接続することにより生成される電圧とから成る群から選択された強度を有する異なる電圧レベルを与えることを含み、
前記複数の区間に亙る前記異なる電圧レベルの巻線への適用が前記電動機の発生する騒音量を低減するよう制御されることを特徴とする方法。
請求項１１の方法であって、前記異なる電圧レベルを前記巻線へ印加する前記複数の区間には、ＤＣ電源により与えられる負のＤＣ電圧を与える区間と半導体装置を有する閉ループ回路に前記相巻線を接続することにより生成される電圧を与える区間の両方が含まれることを特徴とする方法。
請求項１１の方法であって、前記電動機が少なくとも一つの共振周波数を有し、前記複数の区間に亙って前記巻線に前記異なる電圧レベルを与えるに際し、前記異なる電圧レベルを与える区間の周波数が前記電動機の共振周波数の少なくとも二倍であることを特徴とする方法。
請求項１１の方法であって、前記複数の区間に亙って前記巻線に前記異なる電圧レベルを与えるに際し、前記異なる電圧レベルが与えられる区間の周波数を変化させることを特徴とする方法。
請求項１１の方法であって、前記複数の区間に亙って前記巻線に前記異なる電圧レベルを与えるに際し、前記異なる電圧レベルが与えられる区間のデューティサイクルを変化させることを特徴とする方法。
請求項１１の方法であって、前記複数の区間に亙って前記巻線に前記異なる電圧レベルを与えるに際し、前記異なる電圧レベルが与えられる区間の周波数とデューティサイクルを変化させることを特徴とする方法。