JP3722519B2 - 電気機械コントローラ - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電気機械コントローラに関するものである。本発明は、特に、切り替え式リラクタンス機械用のコントローラに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
切り替え式リラクタンス（ＳＲ）モータおよび発電機用の公知のコントローラは、かなり融通性のある制御（コントロール）、例えば、高効率で広範囲のトルクおよび速度を提供できるが、複雑な構成であり、製造コストが高いものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
単相ＳＲ機械の構成を図１に示す。この構成はＥＰ−Ａ（欧州公開公報）０３４３８４５号に詳細に記載されている。この機械は、４つのステータ磁極１２を形成するステータ１０と４つのロータ磁極１６を形成するロータ１４から成る。巻線１８は、この形式のＳＲ機械では、隣接して同一極性の磁極を発生させるように配列されている。さらに昔の従来例の単相ＳＲ機械は交互に異なった極性の磁極を発生させるように構成されている。
【０００４】
用語「モータ」は、以下に記載するように用いられるが、この用語は、いずれか一方を特に指定しない限り、発電モードの同一の機械を包含するものである。
【０００５】
ＳＲモータの動作理論は公知である。例えば、１９９３年６月２１日〜２４日に、独国のニュールンベルグで開催されたＰＣＩＭ ’９３の会議および展示で発表されたステヘンソン（Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ）等による文書「切り替え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」は一般的な原理を論述している。図２（ａ）〜（ｄ）は切り替え式リラクタンスモータの相巻線に印加される電圧および電流を制御するのに用いられる切り替え回路の公知の例を図示する。
【０００６】
図３（ａ）は、低速での‘チョッピング’モードのモータトルク制御を図示する。トルクは、相導通期間中、巻線電流を繰り返してチョッピングすることによって巻線電流が最大レベルを越えて上昇するのを禁止することによって、制御されている。より高速では、電流の上昇期間と降下期間内で、電流は各相導通期間の間にただ一度だけスイッチオンされ、スイッチオフされるようなものであり、通常の動作ではチョッピングされない。トルクは、切り替え角、即ち、電圧が相巻線に印加され相巻線で反転される角度位置を通して制御される。これは単一パルスモードの動作と呼ばれる（図３（ｂ）を参照）。スイッチオンおよびスイッチオフの間の角度は導通角として公知である。単一パルスモードにおけるスイッチオンの角度およびスイッチオフの角度はある構成のロータ位置トランスデューサまたはセンサなしのロータ位置検出の他の手段（公知である）を参照して引き出される。なお、本明細書では、これらをまとめて「トランスデューサ」と呼ぶことにする。
【０００７】
本発明の目的は、例えば、切り替え式リラクタンス機械および他の形式の永久磁石機械のような電気機械用の単純化したコントローラを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、ステータ磁極（１２）を持ちかつ少なくとも１つの相巻線（１８）を持つステータ（１０）と、ロータ磁極（１６）を持つロータ（１４）と、巻線電流を制御するスイッチ手段とから成る電気機械コントローラであって、
ロータ位置情報を引き出すトランスデューサ（３５）と、
スイッチ手段が応答するスイッチオンおよびスイッチオフ信号を発生するように動作する第１手段（３４）と、を有するコントローラにおいて、前記第１手段は、モータ動作および発電動作のモードの１つにおいて機械を動作させる相インダクタンス中スイッチオフポイントと一致するステータ磁極の１つに対するロータ磁極の１つの位置を表示する第１出力をトランスデューサから受けとりかつ該第１出力に応答したスイッチオフ信号を発生し、
前記第１手段はまた相インダクタンスサイクル中トランスデューサからの第２出力に応答して、遅延後、スイッチオフ信号に引き続いてスイッチオン信号を発生する、
ことを特徴とする電気機械コントローラが提供される。
【０００９】
トランスデューサからの第１および第２出力は一致してもよい。他の方法としては、第２出力はモータ動作および発電動作のために最小または最大相インダクタンスに向かう相インダクタンスサイクル中のあるポイント（点）であってもよい。
【００１０】
本発明は、例えば、スイッチオフ角が制御すべきモータに従って選ばれる相インダクタンスサイクル上のあるポイントと一致するようなＳＲモータ用の極めて簡単な制御技術を代表するものである。通常、これはモータ動作のために所望の動作のトルクおよび速度において最適のスイッチオフ角に対応する。
【００１１】
好ましくは、コントローラは、巻線電流が電流基準値を越えることを指示する第１入力に応答してトリガーパルスを発生するように動作するコンパレータと、スイッチ手段が応答する所定の持続時間のスイッチオフ信号を発生するようにトリガー信号に応答するパルス発生器と、スイッチ手段に加えられるスイッチオン信号をパルス発生器および第１遅延手段の両方からのスイッチオン信号に少なくとも依存させるロジックゲートとを有する。
【００１２】
コントローラは、また、第１遅延手段からロジックゲートへの出力をさらに遅延させるように構成された第２遅延手段を有してもよく、第１遅延手段からの出力はスイッチ手段の１つの部分を動作させるように構成されており、ロジックゲートの出力はスイッチ手段の他の部分を動作させるように構成されている。この場合、コンパレータの出力は機械に対する過電流防止としてロジックゲートに直接接続されていることが好ましい。
【００１３】
好ましくは、パルス発生器からのスイッチオフ信号は所定の最小の持続時間を有する。
【００１４】
電流基準値はチョッピング制御基準しきい値を与える。好ましくは、しきい値電流はタイマ兼遅延手段によって行われる単一パルスモードで生じるようにピーク値を越えた値である。
【００１５】
ロータの回転速度が上昇するにつれて、電流の初期の増加と終期の減少に必要な時間はロータの増加する回転角に対応する。このため、速度がさらに上昇するにつれて、巻線電流に対する上昇時間および降下時間は、電流が各導通期間中一度だけスイッチオンされ、スイッチオフされるようなものであり、チョッピングが生じるようなしきい値に決して達することはない。本発明のコントローラでは、モータの速度は、パルス発生器が決してトリガーされない段階に到達する。その理由は、巻線電流が相インダクタンス期間中にしきい値レベルに達するまで降下するからである。次に、ロジックゲートにはパルス発生器からイネーブル信号が絶えず供給されており、高速領域でのモータの制御がトランスデューサからのロータ位置情報に従ってタイマ兼遅延手段によって行われる。機械が所定の速度動作する間に遅延時間の値を調節することによって、機械のトルクが制御される。このため、好ましくは、第１遅延手段はモータトルクを制御するために遅延を変化するように調節可能である。
【００１６】
好ましくは、第１遅延手段が応答するトランスデューサ手段からの前記第２出力は、モータ動作の最小インダクタンスに向かいかつ発電動作の最大インダクタンスに向かう相インダクタンスサイクル上のモーメントを指示する。
【００１７】
他の方法としては、第１遅延がトランスデューサからの第１出力によって開始されてもよい。
【００１８】
新規なコントローラは、単純であり、製造が安価であり、ファン、食物製造器、バキュームクリーナおよび他のコスト高の装置のような用途に対して極めて効率的な制御を与えることができる。
【００１９】
本発明は、また、少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータと、相巻線に関連したスイッチ手段から成る切り替え式リラクタンス機械の単一パルス制御方法において、
モータ動作および発電動作の１つで機械を動作するための相インダクタンスサイクル中スイッチオフポイントと一致するポイントに合わせて相巻線への電流をスイッチオフするようにスイッチ手段を同期動作させ、その後、遅延の後、相巻線への電流をスイッチオンするようにスイッチ手段を同期動作させることを特徴とする制御方法に拡張されたものである。
【００２０】
好ましくは、方法は、最大基準電流を相巻線電流と比較し、相巻線電流が基準電流値を越えるときスイッチオフ信号を発生し、相インダクタンス期間にしたがって相巻線への電流のスイッチオフを行うことを含むものである。
【００２１】
好ましくは、方法は、第１の同期した遅延に合わせてスイッチ手段の第１部分を同期してスイッチオンし、次に、スイッチ手段の第１部分が開かれスイッチ手段の第２部分が閉じられているとき相電流がフリーホイールできるようにスイッチ手段の第２部分を遅延してスイッチオフすることを含むものである。
【００２２】
好ましくは、パルスは所定の持続時間を有するスイッチオフポイントで開始される。過電流状態に対処するために、スイッチオフパルスは最小持続時間に下げるように調節可能であることがさらに好ましい。
【００２３】
本発明は、さらに、少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータと、ロータ位置情報を発生するトランスデューサと、巻線およびコントローラへの電流を切り替えるスイッチ手段とを有する切り替え式リラクタンス駆動装置において、コントローラは、
巻線電流が電流基準値を越えることを指示する第１入力に応答してトリガーパルスを発生するように動作するコンパレータと、
スイッチオフおよびスイッチオン信号をスイッチ手段に転送するように構成されたロジックゲートと、
スイッチ手段が応答する所定の持続時間のスイッチオフ信号を発生するようにトリガー信号に応答するパルス発生器と、
スイッチ手段がやはり応答する別のスイッチオンおよびスイッチオフ信号を発生するように動作するタイマ回路と、を有し、タイマ回路は、モータ動作および発電動作のモードの１つにおいて機械を動作させる相インダクタンスサイクル中スイッチオフポイントと一致するステータ磁極の１つに対するロータ磁極の１つの位置を表示する第１出力をトランスデューサから受けとりかつ該第１出力に応答したスイッチオフ信号を発生し、
相インダクタンスサイクル中トランスデューサからの第２出力に応答して、遅延後、スイッチオフ信号に引き続いてスイッチオン信号を発生する第１遅延手段を有し、ロジックゲートからのスイッチ手段動作信号はパルス発生器および遅延手段から共に受け取るスイッチオン信号に依存する、
ことを特徴とする切り替え式リラクタンス駆動装置に拡張したものである。
【００２４】
【実施例】
本発明のコントローラは多数の相も持つ装置に使用できる。説明の便宜上、単相モータに関連して記載することにする。
【００２５】
図４（ａ）を参照すると、切り替え式リラクタンスモータ用のコントローラは、コンパレータ２０を有し、コンパレータ２０はモータの相巻線電流に比例する信号である第１入力２２を受け取るように配置されている。この用途に適した代表的なコンパレータは、ナショナル セミコンダクタ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）によって製造された、付加的なヒステリシス機能を持つまたは持たないＬＭ３３９である。多相装置では、個々の巻線電流が監視される。巻線電流の合計は、相間の電流のオーバーラップにより、任意の時間における個々の巻線電流を、必ずしも、十分正確に表示するものではない。もし仮にオーバーラップが存在せず、またはもしオーバーラップが補償されるならば、そのとき、１つの相の巻線電流に比例する信号は全ての相に対して表示するものとして用いることができる。また、原則として、１つのコントローラは相間でマルチプレックスできる。しかしながら、情報の破壊を防止するために、障害電流およびノイズに起因するエラーを回避する注意をしなけらばならない。
【００２６】
第２入力２４は、所定のまたは調節可能な最大電流基準信号に対応する。固定値の電流基準の場合には、より単純なコンパレータ、例えば、適切にバイアスしたトランジスタが用いられる。この実施例では、単純なコンパレータであるので、基準信号は、単一パルスモードで生じるピーク電流値を越えた電流レベルに対応するように、特定のモータに対して選ばれる。これによって、後述するように、動作のチョッピングモードと単一パルスモードとの間での自動移行が可能である。
【００２７】
コンパレータ２０からの出力２６は、モノステーブルマルチバイブレータ２８で構成した単純なパルス発生器をトリガーし、モノステーブルマルチバイブレータ２８はスイッチオフ信号に対応するロジック（論理）レベル’０’の固定持続時間のパルス出力を有し、パルス出力は、２入力ＡＮＤ（アンド）ゲート３０の１つの入力に接続されている。アンドゲート３０への他の入力はタイマ兼遅延回路３４からの出力３２である。タイマ兼遅延回路３４への第１入力３６はロータ位置トランスデューサ３５（ＲＰＴ）からの出力である。ＲＰＴは従来技術である。このＲＰＴは、ＳＲモータまたは他のモータにおいて、ステータ磁極を通過するロータ磁極の移動に対応する同期信号を引き出すのに用いられる。都合のよいことに、ＲＰＴからの出力は、おおよそ、正方形かまたはステータに対するロータの定位置において遷移（変化）を生じさせる他の波形である。タイマ兼遅延回路３４への他の入力３８は時間遅延制御信号であり、この信号は、スイッチオン信号がアンドゲート３０に加えられる前に加えられる遅延を調節する。アンドゲートが図示されているが、同等な効果を得るために他のゲート構成を用いてもよい。
【００２８】
モータの走行速度はタイマ兼遅延回路の出力３２の手動調節によって調節されてもよく、出力３２自体は、信号３８によって、または、やはり遅延時間を調節する全体の制御装置からの信号に応答して、制御される。他の方法としては、出力３２は一定であってもよい。遅延技術を以下に説明する。
【００２９】
低速チョッピングモードでは、コンパレータ２０は、巻線電流（または多相機械でのそれぞれの相に対する巻線電流）が所定の最大電流基準信号２４を越えるとき、その出力を発生する。基準信号２４はコントローラに接続された特定のモータ用に設定されたものである。前述のように、これは、そのモータが動作する単一パルスモードの電流を越える巻線電流に等しくてもよい。一般には、最大電流基準レベルは、コンバータ切り替え回路内の半導体スイッチの定格およびモータの熱定格に関連して選ばれる。特定のモータ用にまたはモータの走行中の速度−トルク調節器として特定のコントローラを調節し設定するために、最大電流基準信号はスイッチの電流定格内でユーザが調節可能なものであってもよい。
【００３０】
低速では、相導通期間内において、巻線電流が最大電流基準レベルを越えて上昇するのに十分な時間がある。最大電流基準を越えたとき発生されるコンパレータからの出力は、マルチバイブレータ２８をトリガーし、マルチバイブレータは、巻線電流スイッチ禁止（スイッチオフ）信号であるロジックレベル‘０’の固定（一定）持続時間のパルスを発生する。このロジック’０’出力はアンドゲート３０からロジック‘０’（スイッチオフ）出力を発生し、このため、相巻線に関連する切り替え回路は少なくともローパルスの持続時間の間開かれ、即ち、巻線電流が最大電流基準レベル以下になることを可能にする。パルスが除かれた後、スイッチはタイマ兼遅延回路３４からの信号の状態を受けて再び閉じる。このようにして、モータ速度が低いときに、チョッピング電流制御が最大電流基準レベルに対して達成される。
【００３１】
モータ速度が増加するにつれて、モノステーブルからの出力が変化しないロジック‘１’のままであるように、相のインダクタンスサイクル中、最大電流基準レベルに達しない点に至る。このことにより、アンドゲート３０はタイマ兼遅延回路の同期した出力を受け、したがって、この出力は、巻線への電流の切り替えを制御するのに、即ち、単一パルスモードでの動作に使用される。したがって、モータ速度／トルクは、スイッチオン信号がタイマ兼遅延回路によって発生される前に、遅延の調節によって制御可能である。
【００３２】
時間遅延をトリガーする２つの方法を図４（ｂ）および（ｃ）にグラフで図示する。
【００３３】
ＲＰＴ出力は、通常、最適なスイッチオン位置（例えば、モータ動作のための最小インダクタンスおよび発電動作のための最大インダクタンスの位置）に対応する相のインダクタンスサイクル内の位置で相巻線への電流を切り替えるのに従来通り使用される先端エッジを持つ。ＲＰＴの使用によって、単相および多相のＳＲモータにおける巻線の切り替え用の同期信号を引き出すことは当業者にとって公知であり、ＲＰＴの詳細は本明細書では記載しない。
【００３４】
図４（ｂ）では、遅延はＲＰＴ信号の後端（この場合、立下がり）エッジによって開始される。同一目的のために、遅延がＲＰＴ信号の先端エッジによって開始されるように配置できる。スイッチオフからの時間遅延は、例えば、制御すべきモータによる所望のフルパワー動作状態において最適な導通角を与えるように設定されてもよく、または遅延回路を用いてモータのトルクおよび走行速度を制御するように遅延時間を変化させてもよい。ＲＰＴ信号のマーク／スペース比は、信号の唯一の変化（即ち、先端エッジ）が切り替えを制御するのに用いられるので、この実施例では重要ではないことに留意すべきである。前述したように、ＲＰＴ出力のマーク／スペース比は良好な動作の駆動に対しては重要であるが、本発明によると、変化だけが必要であるので、制御電子機器のコストの節約を実現することができる。
【００３５】
この装置では、速度が所定の一定の時間遅延に従って減少させられると、遅延角も同様に減少させられ、したがって、導通角が増加する。結局、モータ速度が遅いときには、巻線スイッチの‘オフ’角は増加する導通角に対して無視できるようになる。このことは望ましくない状態である。その理由は、望ましくない極性の過度の巻線電流および（または）トルクが生じるからである。この効果は速度が落ちるときの時間遅延を増加することによって減少させることができる。
【００３６】
図４（ｃ）の実施例では、タイマ兼遅延回路３４の時間遅延出力はＲＰＴ信号の先端（この場合、立上がり）エッジによって開始される。タイマ兼遅延回路、ＲＰＴ信号のマーク／スペース比およびインダクタンスサイクル中の位置は、低速で許容できる状態を維持しながら、所望のフルパワー動作状態でモータの単一パルスモード動作に対して最適導通角を与えるように設定できる。
【００３７】
モータの速度が上昇するとき、時間遅延は固定のままであり、したがって、スイッチオンの遅延角度が増加する。この遅延角度は時間遅延に対応する角度であり、この角度によって、スイッチオンはＲＰＴ先端エッジに対応する固定角の背後まで遅延する。したがって、２つの効果、即ち、（ａ）導通角自体の減少と（ｂ）所定の導通角に対して導通時間を減少させる速度の上昇とによって生じる速度の上昇を伴ったピーク磁束の減少がある。したがって、トルクは、導通角が固定されている従来の装置よりも、速度の上昇に伴って一層急速に減少する。図５は、固定チョッピングレベルおよび固定時間遅延が用いられるときの本発明の実施例のモータ制御装置のトルク／速度曲線を示す。トルクにおけるかなり急な降下は、負荷トルクが通常の動作で著しく変化する用途では有利である。利点としては、負荷トルクの減少の結果生ずる速度の上昇は一般的なモータ用の従来の制御装置よりも一層制限されることである。
【００３８】
ある環境下では、本発明の第２実施例が好ましい。低速度において、所定の遅延に対して、遅延角は小さくなり、導通角はロータ位置トランスデューサのオン状態信号にほぼ等しくなる。このことは低速度走行に対して許容できる状態である。
【００３９】
本発明の第１実施例は単一動作領域において一層急勾配のトルク／速度曲線を生じさせる。タイマ兼遅延回路の遅延は所望の通常の動作状態に対して設定される。この遅延は第２の方法よりも第１の方法において長いものである。もし遅延時間が一定ならば、この初期動作状態からの速度の所定のパーセント上昇は、遅延角のパーセント上昇と等しくなる。このことにより導通角の対応する減少が生じる。所定の初期動作状態に対する遅延時間が第２の方法より第１の方法において大きいので、モータ速度の所定のパーセント上昇に対する導通角の減少は第１の方法より大きい。このことから、第２の方法より第１の方法において、同一の速度のパーセント上昇に対して、ピーク磁束とトルクが大きく減少する結果となる。トルク／速度曲線は、したがって、第１の方法で一層急速に降下し、モータの速度は負荷トルクの所定の定格に対して変化が少ない。このため、第１の方法は幾つかの用途に対しては好ましいものである。
【００４０】
図１に示す単相ＳＲモータは、本来、自動始動形ではない。モータ巻線が励磁されるとき、初期モータ位置が零トルクの１つでないことを保証する必要がある。このような位置決めを行うために、ＥＰ−Ａ（欧州公開公報）０６０１８１８号の教示に従ってステータの磁極に配置されるマグネットが用いられてもよい。マグネットは、近くのロータの磁極を零トルク位置を通過させるように押すことによってロータを零でないトルク位置にもたらすように働く。マグネットによって働かされる力は制限されてもよく、ステータ磁極の１つに取付けられたマグネットの使用は、穏やかな始動トルクだけが必要な駆動に制限される。
【００４１】
本発明は単相モータに制限されない。本発明は多相機械にも等しく適用できる。多相機械の場合、モータ相切り替え信号は、順に種々の相の巻線の励磁を制御するように、公知のモータ制御技術に従って、さらに制御される。
【００４２】
図６を参照すると、本発明はフリーホイールスイッチ構成と共に使用され、フリーホイールスイッチでは、相配列（図２（ａ）に示すような）に対する２つのスイッチは電流が相巻線を循環するように作動される。フリーホイール技術はＳＲ機械用のコントローラ設計の分野では公知の技術である。このフリーホイール技術はピーク電流、切り替え周波数および／または音響ノイズを減少するのに頻繁に使用される。図６では、別のフリーホイール遅延回路４０がタイマ兼遅延回路３４の出力とアンドゲート３０’の間に加えられている。アンドゲート３０’は２つの巻線スイッチの１つ（例えば、’トップスイッチ’）だけの切り替えを制御するようになっている。
【００４３】
フリーホイールタイマ遅延信号はモノステーブル出力に従って開閉される。さらに、コンパレータ自体からの直接の接続がアンドゲート３０’に接続されている。この直接接続４２によって、巻線電流がモノステーブルのパルス出力持続時間中、十分に降下しない場合に、過電流が防止される。
【００４４】
タイマ兼遅延回路３４は、２つの巻線スイッチの他の１つ（例えば、ボトムスイッチ）に直接加えられる同期スイッチオフ信号を送る。フリーホイール遅延の後（フリーホイール遅延中、ボトムスイッチが開かれ、トップスイッチが閉じられる）、スイッチオフ信号がアンドゲート３０’にロー信号として加えられる。トップスイッチに加えられたスイッチオフ信号は、それから、以前通り、ライン４２上のコンパレータ２０からの非過電流ロー信号を受けて、モノステーブル２８の出力に従って開閉される。フリーホイール時間遅延が特定の機械およびその動作領域に対して決定される。フリーホイール時間遅延が特定の機械およびその動作領域に対して決定される。一般には、フリーホイール時間遅延はタイマ兼遅延回路による遅延の何分の１である。このため、フリーホイール接続は、各インダクタンス期間中、モノステーブル２８によって開閉されるとき、ボトムスイッチがタイマ兼遅延回路に従って開かれ、トップスイッチがフリーホイールからのさらに遅延された同期信号に従って閉じられる際、利用されうる。
【００４５】
本発明を前述の図示実施例に関連して説明したが、当業者は、多数の変形例が本発明の範囲から逸脱することなくなされうることを理解できるであろう。例えば、ＲＰＴ３５からの信号は等しい効果を得るために他の方法で引き出すことは当業者には理解できるであろう。ＲＰＴ３５は、ロータ軸に取付けられ、センサの出力に影響を及ぼしてほぼ同期したパルスを発生するように配置された部材である。しかしながら、ロータの運動に対するロータ位置情報を引き出す他の物理的／電気的／磁気的方法と同様に、同様な情報が相電流を監視することから引き出される。本発明は、ロータ位置情報の引き出しの方法にかかわらず、そのようなロータ位置情報を使用することができる。
【００４６】
したがって、前述の実施例の説明は例示のためのものであり、限定の目的ではない。本発明は特許請求の範囲によってだけ限定されるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、切り替え式リラクタンス機械および他の形式の永久磁石機械のような電気機械用の単純化したコントローラが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来例の切り替え式リラクタンスモータの構成の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、公知の切り替え式リラクタンスモータの切り替え回路を概略的に示す。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、チョッピングモードおよび単相パルスモードの相インダクタンス期間にわたる切り替え式リラクタンスモータの巻線電流のグラフである。
【図４】図４（ａ）は、本発明のコントローラの概略ブロック図であり、図４（ｂ）および（ｃ）は本発明の２つの実施例の切り替え方法のグラフである。
【図５】図５は、本発明の１つの実施例に従って制御される切り替え式リラクタンスモータのトルク／速度特性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の他の１つの実施例の概略ブロック図である。
【符号の説明】
２０ コンパレータ
２８ モアノステーブル
３４ タイマ兼遅延回路
３０ アンドゲート
【産業上の利用分野】
本発明は、電気機械コントローラに関するものである。本発明は、特に、切り替え式リラクタンス機械用のコントローラに適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
切り替え式リラクタンス（ＳＲ）モータおよび発電機用の公知のコントローラは、かなり融通性のある制御（コントロール）、例えば、高効率で広範囲のトルクおよび速度を提供できるが、複雑な構成であり、製造コストが高いものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
単相ＳＲ機械の構成を図１に示す。この構成はＥＰ−Ａ（欧州公開公報）０３４３８４５号に詳細に記載されている。この機械は、４つのステータ磁極１２を形成するステータ１０と４つのロータ磁極１６を形成するロータ１４から成る。巻線１８は、この形式のＳＲ機械では、隣接して同一極性の磁極を発生させるように配列されている。さらに昔の従来例の単相ＳＲ機械は交互に異なった極性の磁極を発生させるように構成されている。
【０００４】
用語「モータ」は、以下に記載するように用いられるが、この用語は、いずれか一方を特に指定しない限り、発電モードの同一の機械を包含するものである。
【０００５】
ＳＲモータの動作理論は公知である。例えば、１９９３年６月２１日〜２４日に、独国のニュールンベルグで開催されたＰＣＩＭ ’９３の会議および展示で発表されたステヘンソン（Ｓｔｅｐｈｅｎｓｏｎ）等による文書「切り替え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」は一般的な原理を論述している。図２（ａ）〜（ｄ）は切り替え式リラクタンスモータの相巻線に印加される電圧および電流を制御するのに用いられる切り替え回路の公知の例を図示する。
【０００６】
図３（ａ）は、低速での‘チョッピング’モードのモータトルク制御を図示する。トルクは、相導通期間中、巻線電流を繰り返してチョッピングすることによって巻線電流が最大レベルを越えて上昇するのを禁止することによって、制御されている。より高速では、電流の上昇期間と降下期間内で、電流は各相導通期間の間にただ一度だけスイッチオンされ、スイッチオフされるようなものであり、通常の動作ではチョッピングされない。トルクは、切り替え角、即ち、電圧が相巻線に印加され相巻線で反転される角度位置を通して制御される。これは単一パルスモードの動作と呼ばれる（図３（ｂ）を参照）。スイッチオンおよびスイッチオフの間の角度は導通角として公知である。単一パルスモードにおけるスイッチオンの角度およびスイッチオフの角度はある構成のロータ位置トランスデューサまたはセンサなしのロータ位置検出の他の手段（公知である）を参照して引き出される。なお、本明細書では、これらをまとめて「トランスデューサ」と呼ぶことにする。
【０００７】
本発明の目的は、例えば、切り替え式リラクタンス機械および他の形式の永久磁石機械のような電気機械用の単純化したコントローラを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、ステータ磁極（１２）を持ちかつ少なくとも１つの相巻線（１８）を持つステータ（１０）と、ロータ磁極（１６）を持つロータ（１４）と、巻線電流を制御するスイッチ手段とから成る電気機械コントローラであって、
ロータ位置情報を引き出すトランスデューサ（３５）と、
スイッチ手段が応答するスイッチオンおよびスイッチオフ信号を発生するように動作する第１手段（３４）と、を有するコントローラにおいて、前記第１手段は、モータ動作および発電動作のモードの１つにおいて機械を動作させる相インダクタンス中スイッチオフポイントと一致するステータ磁極の１つに対するロータ磁極の１つの位置を表示する第１出力をトランスデューサから受けとりかつ該第１出力に応答したスイッチオフ信号を発生し、
前記第１手段はまた相インダクタンスサイクル中トランスデューサからの第２出力に応答して、遅延後、スイッチオフ信号に引き続いてスイッチオン信号を発生する、
ことを特徴とする電気機械コントローラが提供される。
【０００９】
トランスデューサからの第１および第２出力は一致してもよい。他の方法としては、第２出力はモータ動作および発電動作のために最小または最大相インダクタンスに向かう相インダクタンスサイクル中のあるポイント（点）であってもよい。
【００１０】
本発明は、例えば、スイッチオフ角が制御すべきモータに従って選ばれる相インダクタンスサイクル上のあるポイントと一致するようなＳＲモータ用の極めて簡単な制御技術を代表するものである。通常、これはモータ動作のために所望の動作のトルクおよび速度において最適のスイッチオフ角に対応する。
【００１１】
好ましくは、コントローラは、巻線電流が電流基準値を越えることを指示する第１入力に応答してトリガーパルスを発生するように動作するコンパレータと、スイッチ手段が応答する所定の持続時間のスイッチオフ信号を発生するようにトリガー信号に応答するパルス発生器と、スイッチ手段に加えられるスイッチオン信号をパルス発生器および第１遅延手段の両方からのスイッチオン信号に少なくとも依存させるロジックゲートとを有する。
【００１２】
コントローラは、また、第１遅延手段からロジックゲートへの出力をさらに遅延させるように構成された第２遅延手段を有してもよく、第１遅延手段からの出力はスイッチ手段の１つの部分を動作させるように構成されており、ロジックゲートの出力はスイッチ手段の他の部分を動作させるように構成されている。この場合、コンパレータの出力は機械に対する過電流防止としてロジックゲートに直接接続されていることが好ましい。
【００１３】
好ましくは、パルス発生器からのスイッチオフ信号は所定の最小の持続時間を有する。
【００１４】
電流基準値はチョッピング制御基準しきい値を与える。好ましくは、しきい値電流はタイマ兼遅延手段によって行われる単一パルスモードで生じるようにピーク値を越えた値である。
【００１５】
ロータの回転速度が上昇するにつれて、電流の初期の増加と終期の減少に必要な時間はロータの増加する回転角に対応する。このため、速度がさらに上昇するにつれて、巻線電流に対する上昇時間および降下時間は、電流が各導通期間中一度だけスイッチオンされ、スイッチオフされるようなものであり、チョッピングが生じるようなしきい値に決して達することはない。本発明のコントローラでは、モータの速度は、パルス発生器が決してトリガーされない段階に到達する。その理由は、巻線電流が相インダクタンス期間中にしきい値レベルに達するまで降下するからである。次に、ロジックゲートにはパルス発生器からイネーブル信号が絶えず供給されており、高速領域でのモータの制御がトランスデューサからのロータ位置情報に従ってタイマ兼遅延手段によって行われる。機械が所定の速度動作する間に遅延時間の値を調節することによって、機械のトルクが制御される。このため、好ましくは、第１遅延手段はモータトルクを制御するために遅延を変化するように調節可能である。
【００１６】
好ましくは、第１遅延手段が応答するトランスデューサ手段からの前記第２出力は、モータ動作の最小インダクタンスに向かいかつ発電動作の最大インダクタンスに向かう相インダクタンスサイクル上のモーメントを指示する。
【００１７】
他の方法としては、第１遅延がトランスデューサからの第１出力によって開始されてもよい。
【００１８】
新規なコントローラは、単純であり、製造が安価であり、ファン、食物製造器、バキュームクリーナおよび他のコスト高の装置のような用途に対して極めて効率的な制御を与えることができる。
【００１９】
本発明は、また、少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータと、相巻線に関連したスイッチ手段から成る切り替え式リラクタンス機械の単一パルス制御方法において、
モータ動作および発電動作の１つで機械を動作するための相インダクタンスサイクル中スイッチオフポイントと一致するポイントに合わせて相巻線への電流をスイッチオフするようにスイッチ手段を同期動作させ、その後、遅延の後、相巻線への電流をスイッチオンするようにスイッチ手段を同期動作させることを特徴とする制御方法に拡張されたものである。
【００２０】
好ましくは、方法は、最大基準電流を相巻線電流と比較し、相巻線電流が基準電流値を越えるときスイッチオフ信号を発生し、相インダクタンス期間にしたがって相巻線への電流のスイッチオフを行うことを含むものである。
【００２１】
好ましくは、方法は、第１の同期した遅延に合わせてスイッチ手段の第１部分を同期してスイッチオンし、次に、スイッチ手段の第１部分が開かれスイッチ手段の第２部分が閉じられているとき相電流がフリーホイールできるようにスイッチ手段の第２部分を遅延してスイッチオフすることを含むものである。
【００２２】
好ましくは、パルスは所定の持続時間を有するスイッチオフポイントで開始される。過電流状態に対処するために、スイッチオフパルスは最小持続時間に下げるように調節可能であることがさらに好ましい。
【００２３】
本発明は、さらに、少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータと、ロータ位置情報を発生するトランスデューサと、巻線およびコントローラへの電流を切り替えるスイッチ手段とを有する切り替え式リラクタンス駆動装置において、コントローラは、
巻線電流が電流基準値を越えることを指示する第１入力に応答してトリガーパルスを発生するように動作するコンパレータと、
スイッチオフおよびスイッチオン信号をスイッチ手段に転送するように構成されたロジックゲートと、
スイッチ手段が応答する所定の持続時間のスイッチオフ信号を発生するようにトリガー信号に応答するパルス発生器と、
スイッチ手段がやはり応答する別のスイッチオンおよびスイッチオフ信号を発生するように動作するタイマ回路と、を有し、タイマ回路は、モータ動作および発電動作のモードの１つにおいて機械を動作させる相インダクタンスサイクル中スイッチオフポイントと一致するステータ磁極の１つに対するロータ磁極の１つの位置を表示する第１出力をトランスデューサから受けとりかつ該第１出力に応答したスイッチオフ信号を発生し、
相インダクタンスサイクル中トランスデューサからの第２出力に応答して、遅延後、スイッチオフ信号に引き続いてスイッチオン信号を発生する第１遅延手段を有し、ロジックゲートからのスイッチ手段動作信号はパルス発生器および遅延手段から共に受け取るスイッチオン信号に依存する、
ことを特徴とする切り替え式リラクタンス駆動装置に拡張したものである。
【００２４】
【実施例】
本発明のコントローラは多数の相も持つ装置に使用できる。説明の便宜上、単相モータに関連して記載することにする。
【００２５】
図４（ａ）を参照すると、切り替え式リラクタンスモータ用のコントローラは、コンパレータ２０を有し、コンパレータ２０はモータの相巻線電流に比例する信号である第１入力２２を受け取るように配置されている。この用途に適した代表的なコンパレータは、ナショナル セミコンダクタ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）によって製造された、付加的なヒステリシス機能を持つまたは持たないＬＭ３３９である。多相装置では、個々の巻線電流が監視される。巻線電流の合計は、相間の電流のオーバーラップにより、任意の時間における個々の巻線電流を、必ずしも、十分正確に表示するものではない。もし仮にオーバーラップが存在せず、またはもしオーバーラップが補償されるならば、そのとき、１つの相の巻線電流に比例する信号は全ての相に対して表示するものとして用いることができる。また、原則として、１つのコントローラは相間でマルチプレックスできる。しかしながら、情報の破壊を防止するために、障害電流およびノイズに起因するエラーを回避する注意をしなけらばならない。
【００２６】
第２入力２４は、所定のまたは調節可能な最大電流基準信号に対応する。固定値の電流基準の場合には、より単純なコンパレータ、例えば、適切にバイアスしたトランジスタが用いられる。この実施例では、単純なコンパレータであるので、基準信号は、単一パルスモードで生じるピーク電流値を越えた電流レベルに対応するように、特定のモータに対して選ばれる。これによって、後述するように、動作のチョッピングモードと単一パルスモードとの間での自動移行が可能である。
【００２７】
コンパレータ２０からの出力２６は、モノステーブルマルチバイブレータ２８で構成した単純なパルス発生器をトリガーし、モノステーブルマルチバイブレータ２８はスイッチオフ信号に対応するロジック（論理）レベル’０’の固定持続時間のパルス出力を有し、パルス出力は、２入力ＡＮＤ（アンド）ゲート３０の１つの入力に接続されている。アンドゲート３０への他の入力はタイマ兼遅延回路３４からの出力３２である。タイマ兼遅延回路３４への第１入力３６はロータ位置トランスデューサ３５（ＲＰＴ）からの出力である。ＲＰＴは従来技術である。このＲＰＴは、ＳＲモータまたは他のモータにおいて、ステータ磁極を通過するロータ磁極の移動に対応する同期信号を引き出すのに用いられる。都合のよいことに、ＲＰＴからの出力は、おおよそ、正方形かまたはステータに対するロータの定位置において遷移（変化）を生じさせる他の波形である。タイマ兼遅延回路３４への他の入力３８は時間遅延制御信号であり、この信号は、スイッチオン信号がアンドゲート３０に加えられる前に加えられる遅延を調節する。アンドゲートが図示されているが、同等な効果を得るために他のゲート構成を用いてもよい。
【００２８】
モータの走行速度はタイマ兼遅延回路の出力３２の手動調節によって調節されてもよく、出力３２自体は、信号３８によって、または、やはり遅延時間を調節する全体の制御装置からの信号に応答して、制御される。他の方法としては、出力３２は一定であってもよい。遅延技術を以下に説明する。
【００２９】
低速チョッピングモードでは、コンパレータ２０は、巻線電流（または多相機械でのそれぞれの相に対する巻線電流）が所定の最大電流基準信号２４を越えるとき、その出力を発生する。基準信号２４はコントローラに接続された特定のモータ用に設定されたものである。前述のように、これは、そのモータが動作する単一パルスモードの電流を越える巻線電流に等しくてもよい。一般には、最大電流基準レベルは、コンバータ切り替え回路内の半導体スイッチの定格およびモータの熱定格に関連して選ばれる。特定のモータ用にまたはモータの走行中の速度−トルク調節器として特定のコントローラを調節し設定するために、最大電流基準信号はスイッチの電流定格内でユーザが調節可能なものであってもよい。
【００３０】
低速では、相導通期間内において、巻線電流が最大電流基準レベルを越えて上昇するのに十分な時間がある。最大電流基準を越えたとき発生されるコンパレータからの出力は、マルチバイブレータ２８をトリガーし、マルチバイブレータは、巻線電流スイッチ禁止（スイッチオフ）信号であるロジックレベル‘０’の固定（一定）持続時間のパルスを発生する。このロジック’０’出力はアンドゲート３０からロジック‘０’（スイッチオフ）出力を発生し、このため、相巻線に関連する切り替え回路は少なくともローパルスの持続時間の間開かれ、即ち、巻線電流が最大電流基準レベル以下になることを可能にする。パルスが除かれた後、スイッチはタイマ兼遅延回路３４からの信号の状態を受けて再び閉じる。このようにして、モータ速度が低いときに、チョッピング電流制御が最大電流基準レベルに対して達成される。
【００３１】
モータ速度が増加するにつれて、モノステーブルからの出力が変化しないロジック‘１’のままであるように、相のインダクタンスサイクル中、最大電流基準レベルに達しない点に至る。このことにより、アンドゲート３０はタイマ兼遅延回路の同期した出力を受け、したがって、この出力は、巻線への電流の切り替えを制御するのに、即ち、単一パルスモードでの動作に使用される。したがって、モータ速度／トルクは、スイッチオン信号がタイマ兼遅延回路によって発生される前に、遅延の調節によって制御可能である。
【００３２】
時間遅延をトリガーする２つの方法を図４（ｂ）および（ｃ）にグラフで図示する。
【００３３】
ＲＰＴ出力は、通常、最適なスイッチオン位置（例えば、モータ動作のための最小インダクタンスおよび発電動作のための最大インダクタンスの位置）に対応する相のインダクタンスサイクル内の位置で相巻線への電流を切り替えるのに従来通り使用される先端エッジを持つ。ＲＰＴの使用によって、単相および多相のＳＲモータにおける巻線の切り替え用の同期信号を引き出すことは当業者にとって公知であり、ＲＰＴの詳細は本明細書では記載しない。
【００３４】
図４（ｂ）では、遅延はＲＰＴ信号の後端（この場合、立下がり）エッジによって開始される。同一目的のために、遅延がＲＰＴ信号の先端エッジによって開始されるように配置できる。スイッチオフからの時間遅延は、例えば、制御すべきモータによる所望のフルパワー動作状態において最適な導通角を与えるように設定されてもよく、または遅延回路を用いてモータのトルクおよび走行速度を制御するように遅延時間を変化させてもよい。ＲＰＴ信号のマーク／スペース比は、信号の唯一の変化（即ち、先端エッジ）が切り替えを制御するのに用いられるので、この実施例では重要ではないことに留意すべきである。前述したように、ＲＰＴ出力のマーク／スペース比は良好な動作の駆動に対しては重要であるが、本発明によると、変化だけが必要であるので、制御電子機器のコストの節約を実現することができる。
【００３５】
この装置では、速度が所定の一定の時間遅延に従って減少させられると、遅延角も同様に減少させられ、したがって、導通角が増加する。結局、モータ速度が遅いときには、巻線スイッチの‘オフ’角は増加する導通角に対して無視できるようになる。このことは望ましくない状態である。その理由は、望ましくない極性の過度の巻線電流および（または）トルクが生じるからである。この効果は速度が落ちるときの時間遅延を増加することによって減少させることができる。
【００３６】
図４（ｃ）の実施例では、タイマ兼遅延回路３４の時間遅延出力はＲＰＴ信号の先端（この場合、立上がり）エッジによって開始される。タイマ兼遅延回路、ＲＰＴ信号のマーク／スペース比およびインダクタンスサイクル中の位置は、低速で許容できる状態を維持しながら、所望のフルパワー動作状態でモータの単一パルスモード動作に対して最適導通角を与えるように設定できる。
【００３７】
モータの速度が上昇するとき、時間遅延は固定のままであり、したがって、スイッチオンの遅延角度が増加する。この遅延角度は時間遅延に対応する角度であり、この角度によって、スイッチオンはＲＰＴ先端エッジに対応する固定角の背後まで遅延する。したがって、２つの効果、即ち、（ａ）導通角自体の減少と（ｂ）所定の導通角に対して導通時間を減少させる速度の上昇とによって生じる速度の上昇を伴ったピーク磁束の減少がある。したがって、トルクは、導通角が固定されている従来の装置よりも、速度の上昇に伴って一層急速に減少する。図５は、固定チョッピングレベルおよび固定時間遅延が用いられるときの本発明の実施例のモータ制御装置のトルク／速度曲線を示す。トルクにおけるかなり急な降下は、負荷トルクが通常の動作で著しく変化する用途では有利である。利点としては、負荷トルクの減少の結果生ずる速度の上昇は一般的なモータ用の従来の制御装置よりも一層制限されることである。
【００３８】
ある環境下では、本発明の第２実施例が好ましい。低速度において、所定の遅延に対して、遅延角は小さくなり、導通角はロータ位置トランスデューサのオン状態信号にほぼ等しくなる。このことは低速度走行に対して許容できる状態である。
【００３９】
本発明の第１実施例は単一動作領域において一層急勾配のトルク／速度曲線を生じさせる。タイマ兼遅延回路の遅延は所望の通常の動作状態に対して設定される。この遅延は第２の方法よりも第１の方法において長いものである。もし遅延時間が一定ならば、この初期動作状態からの速度の所定のパーセント上昇は、遅延角のパーセント上昇と等しくなる。このことにより導通角の対応する減少が生じる。所定の初期動作状態に対する遅延時間が第２の方法より第１の方法において大きいので、モータ速度の所定のパーセント上昇に対する導通角の減少は第１の方法より大きい。このことから、第２の方法より第１の方法において、同一の速度のパーセント上昇に対して、ピーク磁束とトルクが大きく減少する結果となる。トルク／速度曲線は、したがって、第１の方法で一層急速に降下し、モータの速度は負荷トルクの所定の定格に対して変化が少ない。このため、第１の方法は幾つかの用途に対しては好ましいものである。
【００４０】
図１に示す単相ＳＲモータは、本来、自動始動形ではない。モータ巻線が励磁されるとき、初期モータ位置が零トルクの１つでないことを保証する必要がある。このような位置決めを行うために、ＥＰ−Ａ（欧州公開公報）０６０１８１８号の教示に従ってステータの磁極に配置されるマグネットが用いられてもよい。マグネットは、近くのロータの磁極を零トルク位置を通過させるように押すことによってロータを零でないトルク位置にもたらすように働く。マグネットによって働かされる力は制限されてもよく、ステータ磁極の１つに取付けられたマグネットの使用は、穏やかな始動トルクだけが必要な駆動に制限される。
【００４１】
本発明は単相モータに制限されない。本発明は多相機械にも等しく適用できる。多相機械の場合、モータ相切り替え信号は、順に種々の相の巻線の励磁を制御するように、公知のモータ制御技術に従って、さらに制御される。
【００４２】
図６を参照すると、本発明はフリーホイールスイッチ構成と共に使用され、フリーホイールスイッチでは、相配列（図２（ａ）に示すような）に対する２つのスイッチは電流が相巻線を循環するように作動される。フリーホイール技術はＳＲ機械用のコントローラ設計の分野では公知の技術である。このフリーホイール技術はピーク電流、切り替え周波数および／または音響ノイズを減少するのに頻繁に使用される。図６では、別のフリーホイール遅延回路４０がタイマ兼遅延回路３４の出力とアンドゲート３０’の間に加えられている。アンドゲート３０’は２つの巻線スイッチの１つ（例えば、’トップスイッチ’）だけの切り替えを制御するようになっている。
【００４３】
フリーホイールタイマ遅延信号はモノステーブル出力に従って開閉される。さらに、コンパレータ自体からの直接の接続がアンドゲート３０’に接続されている。この直接接続４２によって、巻線電流がモノステーブルのパルス出力持続時間中、十分に降下しない場合に、過電流が防止される。
【００４４】
タイマ兼遅延回路３４は、２つの巻線スイッチの他の１つ（例えば、ボトムスイッチ）に直接加えられる同期スイッチオフ信号を送る。フリーホイール遅延の後（フリーホイール遅延中、ボトムスイッチが開かれ、トップスイッチが閉じられる）、スイッチオフ信号がアンドゲート３０’にロー信号として加えられる。トップスイッチに加えられたスイッチオフ信号は、それから、以前通り、ライン４２上のコンパレータ２０からの非過電流ロー信号を受けて、モノステーブル２８の出力に従って開閉される。フリーホイール時間遅延が特定の機械およびその動作領域に対して決定される。フリーホイール時間遅延が特定の機械およびその動作領域に対して決定される。一般には、フリーホイール時間遅延はタイマ兼遅延回路による遅延の何分の１である。このため、フリーホイール接続は、各インダクタンス期間中、モノステーブル２８によって開閉されるとき、ボトムスイッチがタイマ兼遅延回路に従って開かれ、トップスイッチがフリーホイールからのさらに遅延された同期信号に従って閉じられる際、利用されうる。
【００４５】
本発明を前述の図示実施例に関連して説明したが、当業者は、多数の変形例が本発明の範囲から逸脱することなくなされうることを理解できるであろう。例えば、ＲＰＴ３５からの信号は等しい効果を得るために他の方法で引き出すことは当業者には理解できるであろう。ＲＰＴ３５は、ロータ軸に取付けられ、センサの出力に影響を及ぼしてほぼ同期したパルスを発生するように配置された部材である。しかしながら、ロータの運動に対するロータ位置情報を引き出す他の物理的／電気的／磁気的方法と同様に、同様な情報が相電流を監視することから引き出される。本発明は、ロータ位置情報の引き出しの方法にかかわらず、そのようなロータ位置情報を使用することができる。
【００４６】
したがって、前述の実施例の説明は例示のためのものであり、限定の目的ではない。本発明は特許請求の範囲によってだけ限定されるものである。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、切り替え式リラクタンス機械および他の形式の永久磁石機械のような電気機械用の単純化したコントローラが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来例の切り替え式リラクタンスモータの構成の断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、公知の切り替え式リラクタンスモータの切り替え回路を概略的に示す。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は、それぞれ、チョッピングモードおよび単相パルスモードの相インダクタンス期間にわたる切り替え式リラクタンスモータの巻線電流のグラフである。
【図４】図４（ａ）は、本発明のコントローラの概略ブロック図であり、図４（ｂ）および（ｃ）は本発明の２つの実施例の切り替え方法のグラフである。
【図５】図５は、本発明の１つの実施例に従って制御される切り替え式リラクタンスモータのトルク／速度特性を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の他の１つの実施例の概略ブロック図である。
【符号の説明】
２０ コンパレータ
２８ モアノステーブル
３４ タイマ兼遅延回路
３０ アンドゲート
Claims (17)
- ステータ磁極（１２）を持ちかつ少なくとも１つの相巻線（１８）を持つステータ（１０）と、ロータ磁極（１６）を持つロータ（１４）と、巻線電流を制御するスイッチ手段とから成る電気機械コントローラであって、
ロータ位置情報を引き出すトランスデューサ（３５）と、
スイッチ手段が応答するスイッチオンおよびスイッチオフ信号を発生するように動作する第１手段（３４）と、を有するコントローラにおいて、前記第１手段は、モータ動作および発電動作のモードの１つにおいて機械を動作させる相インダクタンスサイクル中スイッチオフポイントと一致するステータ磁極の１つに対するロータ磁極の１つの位置を表示する第１出力をトランスデューサから受けとりかつ該第１出力に応答したスイッチオフ信号を発生し、
前記第１手段はまた相インダクタンスサイクル中トランスデューサからの第２出力に応答して、遅延後、スイッチオフ信号に引き続いてスイッチオン信号を発生する、
ことを特徴とする電気機械コントローラ。 - 請求項１記載の電気機械コントローラにおいて、トランスデューサからの第１出力および第２出力が同一出力であることを特徴とする電気機械コントローラ。
- 請求項１記載の電気機械コントローラにおいて、第２出力は、機械がモータ動作中のときに最小相インダクタンスに向かい、機械が発電動作中のとき最大相インダクタンスに向かう、相インダクタンスサイクル中のポイントであることを特徴とする電気機械コントローラ。
- 請求項１乃至３のいずれかの１つに記載の電気機械コントローラにおいて、巻線電流を指示する信号用の第１入力と電流基準値を指示する信号用の第２入力を持つコンパレータを有し、該コンパレータは電流基準値を越えた巻線電流に応答してトリガー信号を発生するように動作し、トリガー信号に応答して所定の持続時間の別のスイッチオフ信号を発生しかつスイッチ手段が応答する別のスイッチオン信号を発生するパルス発生器を有し、スイッチ手段用のスイッチオン信号をパルス発生器および第１遅延手段の両方からのスイッチオン信号に少なくとも依存させるゲート手段を有することを特徴とする電気機械コントローラ。
- 請求項３記載の電気機械コントローラにおいて、スイッチ手段は１のスイッチと他の１のスイッチよりなり、電気機械コントローラは巻線電流を指示する信号（２２）用の第１入力と電流基準値を指示する信号用の第２入力（２４）を持つコンパレータ（２０）を有し、該コンパレータは電流基準値を越えた巻線電流に応答してトリガー信号（２６）を発生するように動作し、トリガー信号に応答して所定の持続時間の別のスイッチオフ信号を発生しかつ１のスイッチが応答する別のスイッチオン信号を発生するパルス発生器（２８）を有し、１のスイッチ用のスイッチオフ信号をパルス発生器および第１手段の両方からのスイッチオフ信号に少なくとも依存させるゲート手段（３０’）を有し、前記第１手段からのスイッチオフ信号が他の１のスイッチを駆動したときに前記１のスイッチへのスイッチオフ信号を遅延させることによってフリーホイール信号を発生するためにトランスデューサからゲート手段への第１出力をさらに遅延させるように配置された第２遅延手段（４０）をさらに有することを特徴とする電気機械コントローラ。
- 請求項５記載の電気機械コントローラにおいて、コンパレータのトリガー信号出力はゲート手段に直接接続されており、スイッチオン信号は、巻線電流が第１入力電流基準値を越えたことを指示するとき、禁止されることを特徴とする電気機械コントローラ。
- 請求項４記載の電気機械コントローラにおいて、パルス発生器は所定の最小持続時間の調節可能なパルスとしてスイッチオフ信号を発生するように構成されていることを特徴とする電気機械コントローラ。
- 請求項１乃至７のいずれか１つに記載の電気機械コントローラにおいて、トランスデューサは先端エッジおよび後端エッジを持つパルス出力を発生するように構成されていることを特徴とする電気機械コントローラ。
- 請求項８記載の電気機械コントローラにおいて、請求項２に従属するとき、トランスデューサからの出力は前記パルス出力の先端および後端エッジの１つであり、スイッチオン信号はパルスの先端および後端エッジの他の１つとは独立であることを特徴とする電気機械コントローラ。
- 少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータと、相巻線に関連したスイッチ手段から成る切り替え式リラクタンス機械の単一パルス制御方法において、
モータ動作および発電動作の１つで機械を動作するための相インダクタンスサイクル中スイッチオフポイントと一致するポイントに合わせて相巻線への電流をスイッチオフするようにスイッチ手段を同期動作させ、その後、遅延の後、相巻線への電流をスイッチオンするようにスイッチ手段を同期動作させることを特徴とする制御方法。 - 請求項１０記載の制御方法において、相インダクタンスサイクル中その後のポイントで遅延のスタートを開始することを特徴とする制御方法。
- 請求項１０または１１に記載の制御方法において、第１の同期した遅延に合わせてスイッチ手段の第１部分を同期スイッチオンし、次に、スイッチ手段の第１部分が開かれスイッチ手段の第２部分が閉じられているとき相電流がフリーホイールできるようにスイッチ手段の第２部分を遅延してスイッチオフすることを特徴とする制御方法。
- 請求項１０、１１または１２のいずれか１つに記載の制御方法において、最大基準電流を相巻線電流と比較することによって機械をチョッピング制御し、相巻線電流が基準電流値を越えるときスイッチオフ信号を発生し、相インダクタンス期間にしたがって相巻線への電流のスイッチオフを行うことを特徴とする制御方法。
- 請求項１０、１１、１２又は１３のいずれか１つに記載の制御方法において、所定の最小期間を越えた遅延の持続時間を調節することによって機械の出力を変化することを特徴とする制御方法。
- 請求項１０乃至１４のいずれか１つに記載の制御方法において、ロータの回転から同期パルスを引き出すことを特徴とする制御方法。
- 請求項１５記載の制御方法において、相巻線への電流をスイッチオフするためのスイッチ手段の動作の同期は同期パルスの先端エッジおよび後端エッジの１つの発生に依存し、相巻線への電流をスイッチオンするためのスイッチ手段の同期動作はパルスの先端エッジおよび後端エッジの他の１つと独立であることを特徴とする制御方法。
- 少なくとも１つの相巻線を有するステータと、ロータと、ロータ位置情報を発生するトランスデューサと、巻線およびコントローラへの電流を切り替えるスイッチ手段とを有する切り替え式リラクタンス駆動装置において、コントローラは、
巻線電流が電流基準値を越えることを指示する第１入力に応答してトリガーパルスを発生するように動作するコンパレータと、
スイッチオフおよびスイッチオン信号をスイッチ手段に転送するように構成されたロジックゲートと、
スイッチ手段が応答する所定の持続時間のスイッチオフ信号を発生するようにトリガー信号に応答するパルス発生器と、
スイッチ手段がやはり応答する別のスイッチオンおよびスイッチオフ信号を発生するように動作するタイマ回路と、を有し、タイマ回路は、モータ動作および発電動作のモードの１つにおいて機械を動作させる相インダクタンスサイクル中スイッチオフポイントと一致するステータ磁極の１つに対するロータ磁極の１つの位置を表示する第１出力をトランスデューサから受けとりかつ該第１出力に応答したスイッチオフ信号を発生し、
相インダクタンスサイクル中トランスデューサからの第２出力に応答して、遅延後、スイッチオフ信号に引き続いてスイッチオン信号を発生する第１遅延手段を有し、ロジックゲートからのスイッチ手段動作信号はパルス発生器および遅延手段から共に受け取るスイッチオン信号に依存する、
ことを特徴とする切り替え式リラクタンス駆動装置。
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