JP5524377B2 - 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及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、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及びその制御方法に関する。

スイッチドリラクタンスモータ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ；以下、ＳＲＭ）は、スイッチング制御装置が結合された形態のモータであって、固定子と回転子が両方とも突極型構造を有している。

特に、固定子部分にのみ巻線が巻回されており、回転子部分には、どのような形態の巻線や永久磁石も存在しないため、構造が簡単である。

このような構造上の特徴により、製作生産の面において相当な利点を有しており、直流モータのように起動特性に優れ、トルク（ｔｏｒｑｕｅ）が大きい反面、メンテナンスの必要性が少なく、単位体積当たりのトルク、効率及びコンバータの定格など多くの部分において優れた特性を有しており、使用分野が増加しつつある。

このようなスイッチドリラクタンスモータは、単相、２相、３相などの様々な形態を有しており、特に、２相ＳＲＭは、３相ＳＲＭに比べて駆動回路が簡単であり、ファン、ブロワ及びコンプレッサなどの応用分野において大きく注目されている。

また、このような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、固定子巻線の電流を単一方向に制御するために提案された様々な方式を使用しており、前記提案された方式で、従来の交流電動機を駆動するための非対称ブリッジコンバータを用いたスイッチング装置が挙げられる（特許文献１参照）。

前記非対称ブリッジコンバータは、１相当り二つのスイッチとダイオードを有し、３段階の動作モードを有する。

ここで、動作モード１は、二つのスイッチの両方をターンオンし、ＤＣ電源電圧を巻線に印加して電流を上昇させるモードであり、動作モード２は、巻線に電流が流れている場合、一つのスイッチをターンオフし、電流を循環させて電流を徐々に減少させるモードであり、動作モード３は、二つのスイッチを同時にターンオフし、迅速に電流を減少させるモードである。

このように動作する非対称ブリッジコンバータは、ＳＲＭ駆動用コンバータのうち、制御の多様性において最も優れており、各相の電流制御が独立しているため、二つの相の電流を重畳することができる。また、高電圧、大容量に適しており、スイッチの定格電圧が相対的に低い。

しかし、このようなスイッチング装置は、１００,０００ＲＰＭ以上の高速回転領域で駆動すると、スイッチング装置を構成するインバーターまたはコンバータ回路のスイッチング損失が増加し、効率が減少するという問題が生じる。

韓国公開特許第２００７−０１０４１４２号公報

本発明は、前記のような問題点を解決するために導き出されたものであり、零電圧ターンオンスイッチング法が適用された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及びその制御方法を提供することを目的とする。

前記のような目的を果たすための本発明の装置は、商用電源を整流する整流部と、二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードとを含み、各相巻線に対して動作モード１〜３で動作し、前記整流部から提供される商用電源を２相ＳＲＭに提供して前記２相ＳＲＭを駆動する零電圧スイッチングコンバータと、を含む。

また、本発明の装置は、前記２相ＳＲＭの位置及び速度を検知し、前記零電圧スイッチングコンバータを制御することで前記２相ＳＲＭを駆動させるマイクロプロセッサをさらに含む。

また、本発明の装置の前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第１上部スイッチと、相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第１下部スイッチと、相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第２上部スイッチと、相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第２下部スイッチと、を含み、前記一対のダイオードは、相巻線のうち何れか一つと第１下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第２上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第１ダイオードと、相巻線のうち他の一つと第２下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第１上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第２ダイオードと、を含む。

また、本発明の装置の前記零電圧スイッチングコンバータは、エンコーダ波形を基準として第１下部スイッチ及び第２上部スイッチを調節することで進み角を制御する。

また、本発明の装置の前記零電圧スイッチングコンバータは、第１上部スイッチ及び第２下部スイッチを調節することで導通角を制御する。

また、本発明の装置は、前記第１上部スイッチ及び第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１で動作し、前記第２上部スイッチ及び第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち他の一つに対して動作モード１で動作する。

また、本発明の装置は、前記第１上部スイッチがターンオフされ、第１下部スイッチがターンオンされ、その後に第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作し、前記第２上部スイッチがターンオフされ、第２下部スイッチがターンオンされ、その後に第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作する。

また、本発明の装置の前記第２下部スイッチがターンオンされた状態で第２上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作し、前記第１下部スイッチがターンオンされた状態で第１上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作する。

また、本発明の装置の前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御し、相巻線のうち他の一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御する。

また、本発明の装置の前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３から相巻線のうち他の一つに対する動作モード１に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード１とを一定時間重畳する。

一方、本発明の方法は、（Ａ）マイクロプロセッサが２相ＳＲＭの二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードと、を含み、各相巻線に対して動作モード１〜３で動作する零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち何れか一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、（Ｂ）マイクロプロセッサが前記零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち他の一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、を含む。

また、本発明の方法の前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第１上部スイッチと、相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第１下部スイッチと、相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第２上部スイッチと、相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第２下部スイッチと、を含み、前記一対のダイオードは、相巻線のうち何れか一つと第１下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第２上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第１ダイオードと、相巻線のうち他の一つと第２下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第１上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第２ダイオードと、を含む。

また、本発明の方法の前記（Ａ）段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御し、前記（Ｂ）段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち他の一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御する。

また、本発明の方法の前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３から相巻線のうち他の一つに対する動作モード１に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード１とを一定時間重畳する。

また、本発明の方法の前記（Ａ）段階の前記動作モード１は、前記第１上部スイッチ及び第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１で動作し、前記（Ｂ）段階の前記動作モード１は、前記第２上部スイッチ及び第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち他の一つに対して動作モード１で動作する。

また、本発明の方法の前記（Ａ）段階の前記動作モード２は、前記第１上部スイッチがターンオフされ、第１下部スイッチがターンオンされ、その後に第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作し、前記（Ｂ）段階の前記動作モード２は、前記第２上部スイッチがターンオフされ、第２下部スイッチがターンオンされ、その後に第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作する。

また、本発明の方法の前記（Ａ）段階の前記動作モード３は、前記第２下部スイッチがターンオンされた状態で第２上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作し、前記（Ｂ）段階の前記動作モード３は、前記第１下部スイッチがターンオンされた状態で第１上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作する。

前記のような本発明によると、零電圧スイッチングターンオン（Ｚｅｒｏ−Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ Ｔｕｒｎ−ＯＮ）が可能になり、高速回転を要するモータにおいてスイッチング損失を減らすことができる。

また、本発明によると、従来のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、コストを低減することができる。

また、本発明によると、従来のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、サイズを小型化することができる。

また、本発明によると、従来のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、入力電流のリップルが小さく、インダクタとキャパシタで構成するＥＭＩフィルタのサイズを減らすことができる。

本発明の第１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の零電圧スイッチングコンバータの詳細構成図である。 図２の零電圧スイッチングコンバータの該スイッチの動作区間を示す波形図である。 動作モードでの電流ループを説明するための例示図である。 動作モードでの電流ループを説明するための例示図である。 動作モードでの電流ループを説明するための例示図である。 動作モードでの電流ループを説明するための例示図である。 動作モードでの電流ループを説明するための例示図である。 動作モードでの電流ループを説明するための例示図である。 図２の零電圧スイッチングコンバータの該素子の電流及び電圧の波形図である。 本発明の第１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制御方法のフローチャートである。 図６の段階Ｓ２００の詳細過程図である。 図６の段階Ｓ４００の詳細過程図である。

本発明の目的、特定の利点及び新規の特徴は、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、たとえ相違す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、本発明の第１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、本発明の第１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は、商用電源１０を整流して直流電源を供給する整流部２０と、前記整流部２０に連結されたキャパシタ３０と、前記キャパシタ３０に連結された零電圧スイッチングコンバータ４０と、２相ＳＲＭ５０の位置及び速度を検知して零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と、で構成される。

前記整流部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。また、キャパシタ３０は、整流された直流電圧の力率を改善し、ノイズを吸収して零電圧スイッチングコンバータ４０に供給する。

前記零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直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードと、を含み、マイクロプロセッサ６０の制御によって動作モード１〜３で動作し、前記２相ＳＲＭ５０を駆動させる。

一方、マイクロプロセッサ６０は、２相ＳＲＭ５０の位置及び速度を検知して零電圧スイッチングコンバータ４０の一対の上部スイッチ及び下部スイッチを制御し、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。

ここで、動作モード１は、２相ＳＲＭ５０の該相巻線に陽の直流電圧を印加して巻線に対する電流を上昇させ、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させて電流を徐々に減少させ、動作モード３は、該相巻線に陰の直流電圧を印加して電流を迅速に減少させる。

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、零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、２相ＳＲＭ５０の二つの相巻線のうち何れか一つを励磁した後、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、零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、２相ＳＲＭ５０の二つの相巻線のうち他の一つを励磁した後、励磁状態を終了させる。

その後、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い、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、零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ために様々な方式を用いることができる。

図２は、図１の零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の零電圧スイッチングコンバータは、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Ｓ１と、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Ｓ２と、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Ｓ３と、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Ｓ４と、からなる。

また、前記零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Ｓ２との接点に陽極が連結されており、Ｂ相巻線と第２上部スイッチＳ３との接点に陰極が連結されている第１ダイオードＤ１と、Ｂ相巻線と第２下部スイッチＳ４との接点に陽極が連結されており、Ａ相巻線と第１上部スイッチＳ１との接点に陰極が連結されている第２ダイオードＤ２と、を含んでいる。

このような零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Ｓ１と第２下部スイッチＳ４は、図３に図示されたように、互いに１８０度の位相差を有し、半周期ごとにターンオン（ｏｎ）されている。

また、第１下部スイッチＳ２と第２上部スイッチＳ３もまた、図３に図示されたように、１８０度の位相差を有し、半周期ごとにターンオン（ｏｎ）されている。

このような零電圧スイッチングコンバータ４０は、図３に図示されたように、エンコーダ波形を基準として、第１下部スイッチＳ２と第２上部スイッチＳ３を調節することで進み角を制御し、第１上部スイッチＳ１と第２下部スイッチＳ４を調節することで、導通角を制御することができる。

以下、このような零電圧スイッチングコンバータ４０の動作について詳細に説明すると次の通りである。

先ず、第１上部スイッチＳ１と第１下部スイッチＳ２がターンオン（Ｔｕｒｎ−Ｏｎ）される。そうすると、図４Ａに図示されたように、第１上部スイッチＳ１と、Ａ相巻線と、第１下部スイッチＳ２と、からなる電流ループが形成される（Ａ相の動作モード１）。

このように、第１上部スイッチＳ１と第１下部スイッチＳ２がターンオンされた後に一定時間が経つと、正常動作区間Ｔ１〜Ｔ２に入り、図５に図示されたように、第１上部スイッチＳ１に印加電圧による電流Ｉｓａが流れるが、第１上部スイッチＳ１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Ｓ１の電圧Ｖｓａは、ターンオンによって零電圧になる。

また、このように第１上部スイッチＳ１と第１下部スイッチＳ２がターンオンされた後に一定時間が経つと、正常動作区間に入り、図５に図示されたように、第１下部スイッチＳ２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Ｓ２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Ｓ２の電圧Ｖｓｂは、ターンオン状態によって零電圧になる。

無論、正常動作区間Ｔ１〜Ｔ２において第１上部スイッチＳ１と第１下部スイッチＳ２に流れる電流は、同一である。

一方、その後（図５の時間Ｔ２〜Ｔ３区間）、第１上部スイッチＳ１は、ターンオフされ、第１下部スイッチＳ２は、ターンオン状態を維持する。そうすると、図４Ｂに図示されたように、Ａ相巻線、第１下部スイッチＳ２、第２下部スイッチＳ４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相の動作モード２）。

この際、第１上部スイッチＳ１がターンオフされることによって、第１上部スイッチＳ１には電流が流れず、両端の電圧Ｖｓａは、印加される直流電圧に近接した電圧が形成される。

また、第１下部スイッチＳ２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零電圧になり、変動がない。

但し、この際、第１上部スイッチＳ１がターンオフされ、第１上部スイッチの両端に印加電圧が印加されると、第２下部スイッチＳ４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Ｓ４の内部ダイオードには、第１下部スイッチＳ２の両端の電圧が、図５に図示されたように、零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４Ｂに図示されたように、Ａ相巻線、第１下部スイッチＳ２、第２下部スイッチＳ４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５に図示されたように、第１下部スイッチＳ２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Ｓ２は、ターンオン状態を維持し続け、第２下部スイッチＳ４をターンオンさせる（図５の時間区間Ｔ３〜Ｔ４）。

そうすると、第１下部スイッチＳ２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零電圧になり、変動がない。

また、この際、第２下部スイッチＳ４がターンオンされることによって、図４Ｃ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Ｓ４の内部ダイオードではなく、第２下部スイッチＳ４を介して直接流れるようになり、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相の動作モード２状態を維持）。

これにより、第２下部スイッチＳ４には、第２下部スイッチＳ４の両端の電圧Ｖｓｄが、図５に図示されたように、零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Ｓ２、第２下部スイッチＳ４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される。

さらに、この際、第２下部スイッチＳ４は、零電圧以下の状態でスイッチがターンオンされ、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Ｓ４が零電圧以下の状態でターンオンされると、以下の式１により、電流勾配が速度起電力によって徐々に減少する。

一方、その後に第２下部スイッチＳ４を維持した状態で、第１下部スイッチＳ２がターンオフされる（図５の時間区間Ｔ４〜Ｔ５参照）。

そうすると、第１下部スイッチＳ２のターンオフによって、図４Ｄに図示されたように、第１上部スイッチＳ３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Ｓ２がターンオフされることによって、第１下部スイッチＳ２には、図５に図示されたように、電流が流れず、電圧は、ターンオフによって入力電圧に近づく。

この際、前記第２下部スイッチＳ４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Ｓ３の内部ダイオードには、図５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って零電圧状態に変化する。

この際、第１ダイオードＤ１を介して流れる電流Ｉｄａは、図５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、その後（図５の時間区間Ｔ５〜Ｔ６参照）、第２下部スイッチＳ４のターンオンを維持した状態で、第２上部スイッチＳ３をターンオンさせる。

そうすると、第２上部スイッチＳ３、Ｂ相巻線、及び第２下部スイッチＳ４からなる電流ループと、第１上部スイッチＳ３、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とが、図４Ｅに図示されたように重畳する。

そうすると、Ｂ相巻線に流れる電流とＡ相巻線に流れる電流の差ほど、第２上部スイッチＳ３と第２下部スイッチＳ４に電流が流れる（Ａ相の動作モード３とＢ相の動作モード１との重畳）。

この際、勿論、第２上部スイッチＳ３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って零電圧状態に変化していたため、これによって、第１上部スイッチは、零電圧状態でターンオンされ、スイッチング損失を最小化する。

その後（図５の時間区間Ｔ６〜Ｔ７）、第２上部スイッチＳ３と第２下部スイッチＳ４がターンオン状態を維持し続けると、Ａ相巻線に流れる電流を徐々に減少し、これによって、第２上部スイッチＳ３と第２下部スイッチＳ４に流れる電流ループのみが残る（Ｂ相の動作モード１）。

その後、また第２下部スイッチＳ４のターンオンを維持した状態で、第２上部スイッチＳ３をターンオフし（Ｂ相の動作モード２）、また一定時間後、第２下部スイッチＳ４をターンオンした状態で、第１下部スイッチＳ２をターンオンし（Ｂ相の動作モード３）、第２下部スイッチＳ４のターンオンを維持した状態で、第１上部スイッチＳ１をターンオンして（Ｂ相の動作モード３とＡ相の動作モード１との重畳）維持する（Ａ相の動作モード１）過程を繰り返してモータを駆動させる。

前記のような本発明によると、零電圧スイッチングが可能であり、高速回転を要するモータにおいてスイッチング損失を減らすことができる。

また、本発明によると、従来のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、コストを低減することができ、サイズを小型化することができる。

また、本発明によると、従来の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６は、本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法のフローチャートである。

図６を参照すると、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチコンバータを制御し、２相ＳＲＭのＡ相巻線を動作モード１で駆動させる（Ｓ１００）。

これについてより具体的に説明すると、第１上部スイッチＳ１と第１下部スイッチＳ２がターンオン（Ｔｕｒｎ−Ｏｎ）され、図４Ａに図示されたように、第１上部スイッチＳ１と、Ａ相巻線と、第１下部スイッチＳ２と、からなる電流ループが形成される。

次に、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、Ａ相巻線に対して動作モード２で動作してモータを駆動させる（Ｓ２００）。

これについて、より詳細に説明すると、図７に図示されたように、第１上部スイッチＳ１をターンオフさせ、第１下部スイッチＳ２をターンオン状態に維持する（Ｓ２１０）。そうすると、Ａ相巻線、第１下部スイッチＳ２、第２下部スイッチＳ４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。

このように第１上部スイッチＳ１がターンオフされ、第１上部スイッチの両端に印加電圧が印加されると、第２下部スイッチＳ４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される。

これにより、第２下部スイッチＳ４の内部ダイオードには、第１下部スイッチＳ２の両端の電圧が零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。

その後、このような状態で、第１下部スイッチＳ２は、ターンオン状態を維持し続け、第２下部スイッチＳ４をターンオンさせる（Ｓ２２０）。

そうすると、第１下部スイッチＳ２は、ターン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零電圧になり、変動がない。

また、この際、第２下部スイッチＳ４がターンオンされることによって、Ａ相巻線に流れた電流が第２下部スイッチＳ４の内部ダイオードではなく、第２下部スイッチＳ４を介して直接流れるようになり、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。

これにより、第２下部スイッチＳ４には、第１下部スイッチＳ２の両端の電圧が零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、Ａ相巻線、第１下部スイッチＳ２、第２下部スイッチＳ４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Ｓ４は、零電圧スイッチのターンオンを果たし、電流勾配が、速度起電力によって徐々に減少する。

その後、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、Ａ相巻線に対して動作モード３で動作する（Ｓ３００）。

これについて、より具体的に説明すると、第２下部スイッチＳ４を維持した状態で、第１下部スイッチＳ２をターンオフさせる。

そうすると、第１下部スイッチＳ２のターンオフによって、第２上部スイッチＳ３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Ｄ２及び第２下部スイッチＳ４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Ｓ２がターンオフされることにより、第１下部スイッチＳ２には電流が流れず、電圧は、ターンオフによって入力電圧に近づく。

この際、前記第２下部スイッチＳ４には、依然としてＡ相巻線の循環電流が流れ、前記第１上部スイッチＳ１の内部ダイオードには、Ａ相巻線の循環電流が流れる。

勿論、第１上部スイッチの両端の電圧は、内部ダイオードを介する循環電流の流れによって、零電圧状態に変化する。

次いで、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、Ａ相巻線に対して動作モード３で駆動するようにした状態で、Ｂ相巻線を動作モード１で動作する（Ｓ４００）。

これについて、より具体的に説明すると、図８に図示されたように、第２下部スイッチＳ４のターンオンを維持した状態で、第２上部スイッチＳ３をターンオンさせる（Ｓ４１０）。

そうすると、Ｂ相巻線に流れる電流とＡ相巻線に流れる電流との差ほど第２上部スイッチＳ３と第２下部スイッチＳ４に電流が流れる。勿論、Ａ相巻線に流れる電流が徐々に減少し、これによって、第２上部スイッチＳ３と第２下部スイッチＳ４に流れる電流は、Ｂ相巻線に流れる電流に近づく。

この際、勿論、第１上部スイッチの両端の電圧は、内部ダイオードを介する循環電流の流れによって、零電圧状態に変化されていたため、これによって、第１上部スイッチは、零電圧スイッチのターンオンを果たす（Ａ相巻線に対する動作モード３とＢ相巻線に対する動作モード１との重畳）。

その後、第２上部スイッチ及び第２下部スイッチがターンオン状態を維持し続けると（Ｓ４２０）、Ａ相電流が０まで減少して流れず、Ｂ相に入力電圧が全て伝達され、Ｂ相に流れる電流を徐々に増加させて一定値に達すると、速度起電力が入力電圧より大きくなり、電流は、徐々に減少する（Ｂ相の動作モード１）。

次いで、マイクロプロセッサは、零電圧スイッチングコンバータを制御し、第２下部スイッチＳ４をターンオンした状態で、第１下部スイッチＳ２をターンオンして動作モード２で駆動させ（Ｓ５００）、その後、第２下部スイッチＳ４のターンオンを維持した状態で、第１上部スイッチＳ１をターンオンし、動作モード３で駆動する（Ｓ６００）。

また、マイクロプロセッサは、モータが停止しているか否かを判断し（Ｓ７００）、モータが停止していない場合、段階Ｓ１００を行い、この際、Ｂ相巻線に対する動作モード３が維持された状態で、Ａ相巻線に対する動作モード１が行われるようにする。

前記のような本発明によると、零電圧ターンオン（Ｚｅｒｏ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｕｒｎ−ＯＮ）スイッチングが可能であり、高速回転を要するモータにおいてスイッチング損失を減らすことができる。

また、本発明によると、従来のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、コストを低減することができる。

また、本発明によると、従来のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、ダイオード数を減らすことができ、サイズを小型化することができる。

また、本発明によると、従来のＳＲＭ用スイッチング装置に比べて、入力電流のリップルが小さいため、インダクタとキャパシタで構成するＥＭＩフィルタのサイズを減らすことができる。

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、該当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相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング装置及びその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 零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
Ｓ１〜Ｓ４ スイッチ
Ｄ１、Ｄ２ ダイオード

Claims (17)

1. 商用電源を整流する整流部と、
   二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードとを含み、各相巻線に対して動作モード１〜３で動作し、前記整流部から提供される商用電源を２相ＳＲＭに提供して前記２相ＳＲＭを駆動する零電圧スイッチングコンバータと、
   を含む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。
2. 前記２相ＳＲＭの位置及び速度を検知し、前記零電圧スイッチングコンバータを制御することで前記２相ＳＲＭを駆動させるマイクロプロセッサをさらに含む請求項１に記載の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。
3. 前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、
   相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第１上部スイッチと、
   相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第１下部スイッチと、
   相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第２上部スイッチと、
   相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第２下部スイッチと、を含み、
   前記一対のダイオードは、
   相巻線のうち何れか一つと第１下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第２上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第１ダイオードと、
   相巻線のうち他の一つと第２下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第１上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第２ダイオードと、
   を含む請求項１に記載の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。
4. 前記零電圧スイッチングコンバータは、エンコーダ波形を基準として第１下部スイッチ及び第２上部スイッチを調節することで進み角を制御する請求項３に記載の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。
5. 前記零電圧スイッチングコンバータは、第１上部スイッチ及び第２下部スイッチを調節することで導通角を制御する請求項３に記載の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。
6. 前記第１上部スイッチ及び第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１で動作し、
   前記第２上部スイッチ及び第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち他の一つに対して動作モード１で動作する請求項３に記載の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。
7. 前記第１上部スイッチがターンオフされ、第１下部スイッチがターンオンされ、その後に第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作し、
   前記第２上部スイッチがターンオフされ、第２下部スイッチがターンオンされ、その後に第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作する請求項３に記載の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。
8. 前記第２下部スイッチがターンオンされた状態で第２上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作し、
   前記第１下部スイッチがターンオンされた状態で第１上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作する請求項３に記載の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。
9. 前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御し、相巻線のうち他の一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御する請求項２に記載の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。
10. 前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３から相巻線のうち他の一つに対する動作モード１に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード１とを一定時間重畳する請求項９に記載の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。
11. （Ａ）マイクロプロセッサが２相ＳＲＭの二つの相巻線のそれぞれに上下直列に連結されている一対の上部スイッチ及び下部スイッチと、二つの相巻線の両端に交差して連結されている一対のダイオードと、を含み、各相巻線に対して動作モード１〜３で動作する零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち何れか一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、
    （Ｂ）マイクロプロセッサが前記零電圧スイッチングコンバータを制御して相巻線のうち他の一つを励磁した後、残留電流を除去する段階と、
    を含む２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
12. 前記一対の上部スイッチ及び下部スイッチは、
    相巻線のうち何れか一つの上部に直列連結されている第１上部スイッチと、
    相巻線のうち何れか一つの下部に直列連結されている第１下部スイッチと、
    相巻線のうち他の一つの上部に直列連結されている第２上部スイッチと、
    相巻線のうち他の一つの下部に直列連結されている第２下部スイッチと、を含み、
    前記一対のダイオードは、
    相巻線のうち何れか一つと第１下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち他の一つと第２上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第１ダイオードと、
    相巻線のうち他の一つと第２下部スイッチとの接点に陽極が連結されており、相巻線のうち何れか一つと第１上部スイッチとの接点に陰極が連結されている第２ダイオードと、
    を含む請求項１１に記載の２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
13. 前記（Ａ）段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御し、
    前記（Ｂ）段階の零電圧スイッチングコンバータの制御は、相巻線のうち他の一つに対して動作モード１から動作モード２、また動作モード３に順に変化するように制御する請求項１２に記載の２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
14. 前記マイクロプロセッサは、前記零電圧スイッチングコンバータを、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３から相巻線のうち他の一つに対する動作モード１に変化するように制御する際、相巻線のうち何れか一つに対する動作モード３と、相巻線のうち他の一つに対する動作モード１とを一定時間重畳する請求項１３に記載の２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
15. 前記（Ａ）段階の前記動作モード１は、前記第１上部スイッチ及び第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード１で動作し、
    前記（Ｂ）段階の前記動作モード１は、前記第２上部スイッチ及び第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち他の一つに対して動作モード１で動作する請求項１３に記載の２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
16. 前記（Ａ）段階の前記動作モード２は、前記第１上部スイッチがターンオフされ、第１下部スイッチがターンオンされ、その後に第２下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作し、
    前記（Ｂ）段階の前記動作モード２は、前記第２上部スイッチがターンオフされ、第２下部スイッチがターンオンされ、その後に第１下部スイッチがターンオンされ、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード２で動作する請求項１３に記載の２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。
17. 前記（Ａ）段階の前記動作モード３は、前記第２下部スイッチがターンオンされた状態で第２上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作し、
    前記（Ｂ）段階の前記動作モード３は、前記第１下部スイッチがターンオンされた状態で第１上部スイッチの内部ダイオードが電流の循環経路を提供し、前記２相ＳＲＭの相巻線のうち何れか一つに対して動作モード３で動作する請求項１３に記載の２相スイッチドリラクタンスモータのスイッチング制御方法。

Images