JPH04501049A - 一定加速度のｖｓｃｆ起動方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ４ｕ訪眞豆１Ｍ Ｍ この発明は電力方式に関するものであり、より詳細には発電モード動作および起 動モード動作を含む、当該電力方式のためのデュアル・モード式制御方式に関す るものである。

光りＪ 通常の電力方式においては、ＡＣ電力を発生させるための同期式発電機が使用さ れている。特に、このような発電機には、ロータとステータ・コイルを備えたス テータとが含まれている。航空機のようなものに適用するときには、該ロータは エンジンにより駆動されて、該ステータ・コイル内に電力を生成するようにされ る。エンジン速度の変動により、該発電機の巻線に生成される電力の周波数が同 様にして可変にされるにの可変周波数の電力は、パワー・コンバータを含む可変 速度一定周波数（ＶＳＣＦ）の方式内で一定周波数の電力に変換される。

ここでのパワー・コンバータは、例えば、４００Ｈｚにおいてｌ　１５／２００ 　Ｖａｅの電力を生成させるものである。このような既知のコンバータは、発電 機／コンバータ制御ユニット（ＧＣＣＵ）によって制御される。

航空機のエンジンを起動させるためには、このような既知の電力方式において、 発電機がモータとして動作するようにされていた。特に、ステータ・コイルを励 起するように外部電源が起動制御部を通して発電機に結合されており、かくして 、エンジンを起動させる原動力を生成するようにされている。このような起動制 御部において必要とされる構成部品のために、航空機の重量が増大され、また、 貴重な空間が占有される。このような起動制御部の寸法および重量を最小限にす るために、既知の航空機のＶＳＣＦ電力方式では、該起動制御部のために既存の コンバータおよびＧＣＣＵが用いられている。

その起動モード動作において、例えば、補助ユニットとしての発電機または外部 電源のような任意の４００Ｈｚ電源から、該コンバータに対して電力の供給がな される。しかしながら、このような電源の各々は、エンジンの起動において用い るためには、その利用可能な能力は異なっている。従って、ＧＣＣＵの構成は、 任意のこのような利用可能な電源からエンジンを起動させ、また、生成される電 力量を制限するようになされねばならない。

ログマン外（Ｒｏｚｍａｎ　ｅｔ　ａｌ、）による、“選択可能な入力電力が制 限されるＶＳＣＦ起動方式（ＶＳＣＦ　５ｔａｒｔ　Ｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈ　５ ｅｌｅｃｔａｂｌｅ　Ｉｎｐｕｔ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｍｉｔｉｎｇ＞”なる出願 は、この発明とともに１９８８年１１月１４日に第２７０゜６２５号として出願 されたもの（文献ｎｏ、　ＢＯ２９５１−＾Ｔｌ−ＵＳ＾）であって、この発明 の譲受人によって所有されており、ここで参照のために組み込まれるが、この出 願には、入力電力での必要に応じて入力電力の制限をする起動制御部が開示され ている。特に、当該出願で説明されている起動制御部においては、電流の制御お よび入力電力の制限をするために、ある予め選択された最小値を越えた速度にお ける通信角度（ｅｏｓｅ＋ｕｎｉｅａｔｉｏｎ　ａｂｌｅ）について、閉ループ 式の制御部が用いられている。該通信角度で表されるものは、印加電圧とロータ 位置との間の角度としての位相の進み（ｐｈ＠ｓｅ　ａｄｖａｎｃｅ）である。

エンジンの起動を円滑にするために、該閉ループ式の制御部は、あらゆる速度に おいて用いられることが望ましい。

生成されるモータ・トルクは、フィールド励起およびトルク角に比例しているが 、ここでのトルク角は、印加電圧と逆ＥＭＦとの間の角度である。モータおよび コンバータ内で発熱ロスを生じるような、過大な無効電力による流れを回避する ために、該モータを単位力率において動作させることが望ましい。該力率はフィ ールド励起の大きさによって制御される。低速でのトルク角は小さいものである ０通信角度の制御はロータ位置センサからの情報を用いてなされることから、該 位置センサからのどのようなエラーでも、モータ内に生成されるトルクに対して 不所望の影響がおよぼされる。

これに加えて、モータおよびコンバータにおけるロスは、モータ電流との関数関 係がある。従って、モータ電流を低レベルに維持すること、および、エンジン・ ドラッグ・トルクを克服するために必要なときにのみ、該電流を増大させること が望ましい。

この発明は、上述されたような１またはこれよりも多くの問題点を克服すること を意図するものである。

λ艷ΩＩＩ この発明によれば、ブラシレスＤＣ機器に対する起動制御方式は、ロータの加速 を制御するように動作可能なものである。

概括的にいえば、ここに開示されているような、ロータおよびステータ・コイル を備えたステータを有しているブラシレスＤＣ機器に対する起動制御方式は、ロ ータに回転を与えるための正および負のＤＣ電圧を規定するＤＣ電源から、制御 可能に励起されるものである。該制御方式に含まれているものは、ロータの回転 位置を検出するための手段、および、該ロータの回転位置に従って正および負の 電圧をコイルに交番的に加えるための、ＤＣ電源とステータ・コイルとの間で結 合されている切り換え手段である。所望のロータ加速度レベルを表す加速度基準 を生成させるための手段、および、実際の加速度を表すフィードバック値を発生 させるための手段が含まれている。該生成手段、発生手段および切り換え手段に 対して結合されている制御手段は、実際の加速度と所望の加速度との間の差に応 じて、正および負の電圧が印加される回転位置の修正をするためのものである。

詳細にいえば、ここに開示されている起動方式は、モータとして動作するブラシ レス同期発電機を用いてエンジンを起動させるために使用されるものである。該 モータはメイン・インバータおよび励起インバータからの電力を受け入れる。こ れらのインバータは、一定の加速度を生成させる制御ユニットによって制御され る。

該制御ユニットに含まれているパルス幅簀調（ＰＷＭ）発電機は、電圧指令およ び整流指令に応じて、メイン・インバータ内のスイッチを制御するためのスイッ チング信号を生成させる。該電圧指令は、低速における機器のＩＲ降下をオフセ ットさせるブースト電圧をロータの速度に加えたものに対応するレベルを表して いる。この電圧指令はＰＷＭ信号のデユーティ・サイクルを変えるために使用さ れる。

整流角度指令を生成させるために、加速度指令の積分をして速度指令を生成させ 、これを実際の速度と比較して速度エラーの生成をさせる。この速度指令を更に 積分して位置指令を生成させ、これを実際のロータ位置と比較して位置エラーの 生成をさせる。該位置エラーを速度エラーと加算して生成される整流角度指令は 、ＰＷＭ発電機への伝送に先立って制限されるものである。該整流角度指令は、 メイン・インバータ出力の位相を進行させるために使用される。

かくして、その起動モード動作においては、モータはメイン・インバータおよび 励起インバータによって制御され、整流角度についての閉ループ制御を用いて、 エンジンの起動速度レンジにわたり、実質的に一定の加速度の生成がなされる。

この発明の別異の目的は、システムの能力におけるロータ位置検出器の正確さの 影響を減少させながら、同期モータを起動するコンバータを制御するようなエン ジン起動制御方式を提供することにある。

この発明の更に別異の目的は、モータの負荷、即ち、エンジン・ドラッグ・トル クに応じて出力電力が制御されることを許容しながら、同期モータを起動するコ ンバータを制御するようなエンジン起動制御方式を提供することにある。

この発明の更に別異の特徴および利点は、明細書および図面から容易に明らかに される。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明の起動方式を組み込んだ電気的方式の、組み合わされた概略 的な例示的ブロック図である。

第２図は、発電モード動作および起動モード動作のための制御方式を含んでいる 電力方式の、−最北されたブロック図である。

第３図は、起動モード動作を詳細に例示する制御方式のブロック図である。

第４図は、第３図におけるメイン・インバータを例示する概略図である。

第５図は、第３図における発電機／コンバータ制御ユニットの、より詳細なブロ ック図である。

第６図は、この発明の代替の実施例による、第５図におけるものと同様な、発電 機／コンバータ制御ユニットの、より詳細なブロック図である。

見肌例１泗 まず第１図を参照すると、電力方式１０に含まれているものは、メイン発電機１ ２、該発電機１２に対してメイン・フィールド電流を供給するためのＡＣエクサ イタ１４および永久磁石発電機（ＰＭＧ）１６である。メイン発電機１２、エク サイタ１４およびＰＭＧ１６の各々は、共通軸２０を通してエンジン１８により 駆動される。

発電機／コンバータ制御ユニット（ＧＣＣＵ）２２は、ＰＭＧによって生成され た電力を受け入れ、エクサイタ１４のフィールド巻線２６に対して制御された電 流を伝達する。ブラシレス式の電力方式では通常のことであるが、エンジン２０ による軸２０の回転により、エクサイタ１４のアーマチュア巻線２８に多相の電 圧が発生される。この多相の電圧は、３０として一般的に例示されている整流器 ブリッジで整流され、ここで整流された電力はメイン発電機１２のフィールド巻 線３２に結合される。

該フィールド巻線３２内の電流および軸２０の回転により、１セツトのメイン発 電機のステータ巻線３４で占有されている空間内で、回転磁界の生成がなされる 。該ステータ巻線３４において生成される多相の出力電力は、少なくとも３本の 導体３８ａ、３８ｂおよび３８ｃからなるバス３８を通して、コンバータ３６に 伝達される。

その典型的な応用においては、エンジン１８は航空機におけるメイン・エンジン であり、また、コンバータ３６は、ＧＣＣＵ２２で制御されるようにして、航空 機の負荷（図示されない）に電力を供給するためのＡＣバス４０に一定周波数の 電力を伝達する、可変速度一定周波数（ＶＳＣＦ）の方式の一部をなすものであ る。

エンジンの起動のときには、モータとして動作するメイン発電機１２を用いて、 該エンジン１８の起動がなされる。これを詳細にいえば、該メイン発電機１２は 、ＧＣＣＵ２２によって制御されるコンバータ３６からの電力を受け入れる。こ こでの説明を簡単にするために、起動モード動作のような動作がなされるときに は、該メイン発電機１２はモータとして参照される。

ここで第２図を参照すると、電力方式１０がブロック図の形式でより詳細に例示 されている。

コンバータ３６に含まれているＡＣ／ＤＣコンバータ４２は、ＤＣリンク４４に よってＤＣ／ＡＣコンバータ４６に接続されている。より詳細にいえば、この発 明の例示的な実施例によると、該ＡＣ／ＤＣコンバータ４２に含まれているもの は、通常の精成の全波ブリッジ整流回路であって、３相のＡＣ電力をＤＣ電力に 変換する動作をするものである。該ＤＣリンク４４には通常のフィルタが含まれ ており、また、ＤＣ／ＡＣコンバータ４６には、第４［Ｗに間してより詳細に後 述されるように、メイン・インバータ回路が含まれている。Ｊな、該コンバータ ３６には、ＤＣリンク４４に接続された励起インバータ４８６含丈れており、起 動モード動作の間にモータのフィールドに対するＡＣ電力を生成するようにされ る。

整流器４２のＡＣ側は、コンバータの入力リレー（Ｃ１Ｒ）の可動接点部５０に 接続されている。該リレーＣＩＨには、それぞれに第１および第２の固定接点部 ５１および５２も含まれている。該第２の固定接点部５２は、フィルタ回路５４ および発電機バス・リレー（ＧＢＲ）を通して、ＡＣバス４０に接続されている 。該第１の固定接点部５１は、発電機リレー（（、Ｒ）の第１の固定接点部５７ に接続されている。また、このＧＲリレーには、可動接点部５８および第２の固 定接点部５９も含まれている。該可動接点部５８はメイン発を機１２に接続され ている。即ち、第１図に示された巻線３４に接続されている。該第２の固定接点 部５９は、コンバータ出力リレー（ＣＯＲ）の第１の固定接点部６０にも接続さ れている。

該ＣＯＲリレーには、可動接点部６１および第２の固定接点部６２も含まれてい る。該可動接点部６１はメイン・インバータ４６の出力に接続されている。該第 ２の固定接点部６２は、出力フィルタロ４を通してフィルタ回路５４に接続され ている。また、該ＣＯＲリレーには、それぞれに、第１および第２のフィールド ・コントロール・スイッチ６５および６６も含まれている。該第１のスイッチ６ ５は、エクサイタ・フィールド巻線２６をＧＣＣＵ２２に接続させる。該第２の スイッチ６６は、励起インバータ４８をエクサイタ１４のＡＣ起動フィールド巻 線６７に接続させる。より詳細にいえば、巻回フィールドのメイン発電機／モー タ１２には、エクサイタ１４によりゼロなる速度において供給されることができ ない、従って、励起インバータ４８および起動フィールド巻線６７には、回転変 成器として機能するものが含まれている。

特に、エクサイタのＡＣフィールド巻線６７に対して伝達されるＡＣ電力は、モ ータ・フィールド巻線３２に電力を供給するアーマチュア巻線２８におけるＡＣ 電力に対応するものを生成させる。

エンジンの起動のときには、リレーＧＲ，ＣＩＲおよびＣＯＲは、第２図におい て実線で示されるように動作される。これに対して、発電モードにおいては、こ れらのリレーＧＲ，ＣＩＲおよびＣＯＲは、第２図において点線で示されるよう に動作される。

リレーＧＲ，ＣＩＲおよびＣＯＲは単線接続をさせるものとして示されているが 、該リレーの各々には、周知のように、３相電力を切り換えるための適当なスイ ッチが設けられている。

ＧＣＣＵ２２に含まれている速度コンバータ６８は、メイン発電機１２に関連し ているロータ位置センサ７２から、ライン７０上のロータ位置信号を受け入れる 。該位置センサ７２は、例えば、通常のレゾルバであればよい、該ロータ位置信 号７ｏは、メイン・インバータ制御部７４にも伝送される。速度コンバータ６８ は、周知のように、ロータ位置を速度に変換するための微分動作をすることがで きる。また、メイン・インバータ制御部は、速度コンバータ６８から、ライン７ ６上の速度信号をも受け入れる。該メイン・インバータ制御部７４は、インバー タ４６を制御するために、ライン上でベース・ドライブ指令を生成させる。また 、エクサイタ・インバータ制御部７８は、速度コンバータ６８がらのライン７６ 上での速度信号、および、励起インバータ電流センサ７９からのライン８０上で の励起インバータ電流信号をも受け入れる。励起インバータ制御部７８は、励起 インバータ４８のスイッチを駆動するために、ライン９ｏ上でのベース・ドライ ブ指令を生成させる。

点線で例示されているようなリレー接点部ＧＲ，ＣＩＲおよびＣＯＲによる発電 モード動作において、メイン発電機１２によって生成される３相の電力は、ＧＲ リレーの可動接点部５８、その第１の固定接点部５７を通して、ＣＩＲリレーの 第１の固定接点部５１およびその可動接点部５０を通して、整流器４２に伝達さ れる。該整流器４２で３相のＡＣ電力がら変換されたＤＣ電力は、ＤＣリンク４ ４を介してインバータ４６に伝送され、該電力はここで一定周波数のＡＣ電力に 変換される。インバータ４６からの一定周波数のＡＣ電力は、ＣＩＲリレーの可 動接点部６１を通して第２の固定接点部６２に、出力フィルタロ４およびフィル タ５４を通してＡＣバス４０に伝達される。フィールド電力は、第１のフィール ド・コントロール・スイッチ６５を通して、ＧＣＣＵ２２から電力が加わるＤＣ フィールド巻線２６を用いることにより、エクサイタ発電機１４によって生成さ れる。

その起動モード動作においては、リレーＧＲ−ＣＩＲおよびＣＯＲは、それらの 接点部が実線で示されるように位置決めされるように制御される。より詳細にい えば、ＡＣバス４０は任意の利用可能な電源に接続される。ＡＣ電力は、フィル タ５４を通して、第２の固定接点部５２および整流器４２に対するＣＩＲリレー の可動接点部５０に伝達される１次いで、ＡＣ電圧が整流され、ＤＣリンク４４ を通してメイン・インバータ４６に伝送されて、ＡＣ電力に変換される。メイン ・インバータ４６からのＡ、　Ｃ電力は、可動接点部６１およびＣＯＲリレーの 第１の固定接点部６０を通して伝達され、これに続けて、第２の固定接点部５９ およびＧＲリレーの可動接点部５８を通して、メイン発電機／モータ１２のアー マチュア巻線に伝達される。上述されたように、メイン発電機Ｉ２に対するフィ ールド電力は、励起インバータ４８から第２のＣＯＲフィールド・コントロール ・スイッチ６６を通して、励起発電機のＡＣフィールド巻線６７に与えられる。

ここで第３図を参照すると、前述されたように、この発明による電力方式１０の 起動モードにおける動作が、ブロック図の表現でより詳細に例示されている。電 源８２に結合された整流器４２は、ＤＣリンク／フィルタ４４を介して、メイン ・インバータ４６および励起インバータ４８の双方に結合されている。ＧＣＣＵ ２２は、通常の無効電力検出器回路８６からの、ライン８５上での無効電力フィ ードバック信号を受け入れる。該検出器回路８６は、メイン・インバータ４６が らモータ１２に対する無効電力を検出するものである。ＧＣＣＵ２２は、また、 ロータ位置センサ７２からのライン７ｏ上での位置信号、および、電流検出器７ ９からのライン８ｏ上での励起電流信号も受け入れる。上述されたように、ＧＣ ＣＵ２２は、ライン８８上でのメイン・インバータ４６に対するベース・ドライ ブ指令、および、ライン９０上での励起インバータ４８に対するベース・ドライ ブ指令を生成させる。

第４図を参照すると、メイン・インバータ４６の代替的な回路が概略図として例 示されている。これをより詳細にいえば、該インバータ４６は６個の電力スイッ チ回路５Ｌ−８６を備えた電圧源インバータである。該６個の電力スイッチ回路 ５Ｌ−３６は、３相のブリッジ構成をなして接続されている。この６個の電力ス イッチ回路Ｓ　１−３６の各々は、関連しているそれぞれのベース・）　ドライ ブ回路Ｂ１〜Ｂ６によって駆動される。これらのベース・ドライブ回路Ｂｌ−Ｂ ６は、通常の態様において、ＧＣＣＵ２２からのライン８８上での信号によって 駆動される。スイッチ回路Ｓ　１−３６は、ＤＣリンク／７４　ルタ４４１７） （＋）電圧ＤＣレールと（−）電圧Ｄｃシレー　ルとの間に接続されている。メ イン発電機１２の３相ア一マチユア巻線３４は、それぞれにライン３８ａ−３８ Ｃによって、直列接続にされたスイッチ回路３１−８６の対の間の接続部９２ａ −９２ｃに対して接続されている。メイン発電機１２に対するニュートラル・ラ イン９４は、ＤＣリンク／フィルタ４４を横切るフィルタ・コンデンサＣ１と０ ２との間の接続部において接続されている。

図示はされていないけれども、励起インバータ４８は、一般的には、第４図に例 示されたメイン・インバータ４６と同様な構成のものでよい９周知のように、こ れらにいることができる。

次に第５図を参照すると、ブロック図として例示されているものは、第３図に示 されているような、メイン・インバータ制御部７４および励起インバータ制御部 ７８を含んでいる、この発明によるＧＣＣＵ２２の実施例である。

該メイン・インバータ制御部７４にはＰＷＭ発電機１００が含まれている。この ＰＷＭ発電機１ｏＯが受け入れるものは、ライン７０上での位置信号、ライン１ ０２上での電圧指令、および、ライン１０４上での整流角指令である。ＰＷＭ発 電機１００から導出されるベース・ドライブ指令は、第４図に示されているよう に、ライン８８上をメイン・インバータ４６のベース・ドライブ回路Ｂ　１−８ ６に対して伝送される。このＰＷＭ発電機１００は任意の通常の構成のものでよ い、より詳細にいえば、ＰＷＭ発電機１００によって生成されるベース・ドライ ブ信号は、ＰＷＭ信号のデユーティ・サイクルを変化させることにより、メイン ・インバータ４６の出力電圧を制御するためのものである。このデユーティ・サ イクルは、ライン１０２上で受け入れられる電圧指令に比例している。該インバ ータ出力の基本周波数は、モータの速度によって定められる。その出力波形は、 第３図で参照されるように、センサ７２によって定められるように、ロータ位置 の入力に同期している。ロータ位置とインバータ出力との間の位相差は、ライン １０４上での整流角指令に応じて調節される。

ライン１０２上での電圧指令の形成は、ライン７ｏ上でのロータ位置信号を、速 度信号コンバータ６８を介して、ライン７６上での速度信号に変換することでな される０乗算器１０６は速度信号をブロック１０８がちの定数で乗算するもので ある。より詳細には、該定数は所望のｖｏｌｔ／ｈｅｒｔｚの比率を表している 。加算器１１０は該乗算器１０６からの出力およびブロック１１１からの定数ｖ ０を受け入れる。ここでの定数ｖ０は“ブースト”電圧に比例している。該ブー スト電圧は低速における機器のＩＲ降下のオフセットのために必要とされる。該 加算器１１０の出力はライン１０２上での電圧指令である。

ライン１０４上での整流角指令は、ブロック１１２において発生された加速度基 準値に応じて生成される０周知のように、この基準値は任意の既知の手段によっ て発生させることができる。該加速度基準値１１２は積分器１１４に加えられ、 この積分器１１４からはライン１１６上で速度指令が生成される。ライン１１６ 上での速度指令は別の積分器１１８に加えられ、この別の積分器１１８からはラ イン１２０上で位置指令が生成される。ライン１２０上での速度指令は加算器１ ２２に加えられるが、この加算器１２２は、速度信号コンバータ６８からのライ ン７６上での速度フィードバック信号も受け入れるようにされる、加算器１２２ の出力はライン１２４上での速度エラーである。ライン１２上での位１指令は別 の加算器１２６に加えられるが、この別の加算器１２６は、ライン７０上での位 置フィードバック信号も受け入れるようにされる。加算器１２６の出力はライン １２８上での位置エラーである。

ライン１２４および１２８上でのエラーは、それぞれの乗算器１３０および１３ ２に加えられ、これらからの出力は加算器１３４に加えられる１乗算器１３０お よび１３２は、互いに関連するエラーのスケールを定めるために用いられる。加 算器１３４の出力はリミット・ファンクション・ブロック１３６に加えられるが 、このブロック１３６からは、ライン１０４上での整流角指令が生成される。該 リミット・ファンクション１３６の目的は、整流角指令が最大電圧値を越えたと きに生じ得るような、制御方式の不安定な領域での動作を防止することにある。

ここでの最大電圧値は速度およびモータのパラメータの間数である。

励起インバータ制御部７８はモータ１２におけるフィールド電流を制御するもの であり、また、ＰＷＭ発電機１４０からのＰＷＭ信号のデユーティ・サイクルを 変化させることにより制御されるものである。より詳細にいえば、第２図および 第３図で参照されるように、該ＰＷＭ発電機１４０は、励起インバータ４８を制 御するために、ライン９０上でのベース・ドライブ信号を生成させる。該デユー ティ・サイクルは、ライン１４２上でＰｗＭ発電機１４０に加わる電圧基準値に 比例している。ライン１４２上での電圧基準値は補償ユニット１４４によって形 成される。該補償ユニット１４４は、ライン８５上での電力フィードバックを受 け入れ、また、電流基準値を生成させて、これを加算器１４６に加えるようにさ れる。無効電力はゼロに等しくなるように制御されるが、これは単位力率動作に 対応している。加算器１４６のに対する他方の入力は、ライン８０上での電流フ ィードバックである。加算器１４６からライン１４８上で生成されるエラーは補 償ユニット１５０に加えられる。この補償ユニット１５０においては、例えば、 比例積分制御が用いられ、ライン１４２上に電圧基準値が生成されて、ＰＷＭ発 電機１４０に加えられる。

ここで、第５図で例示されたＧＣＣＵの動作について検討する。モータの起動モ ード動作の開始時においては、即ち、その速度がゼロであるときには、ライン１ ０４上での整流角指令はゼロである。より詳細にいえば、起動の動作が開始され たときには、通常のリセット機能（図示されない）を用いて積分器１１４および １１８はゼロにリセットされ、ライン７０上での位置フィードバックはゼロであ り、また、ライン７６上での速度フィードバックはゼロであるようになる。従っ て、ライン２４上での速度エラーおよびライン１２８上での位置エラーの双方が ゼロであり、その結果として、ライン１０４上での整流角指令はゼロになる。こ れに代えて、参照例として組み込まれた同時の出願で説明されているような、最 小の整流角指令を用意することができる。また、ライン１゜２上での電圧指令は ブースト電圧ｖ０に等しいものである。励起インバータの電流は、単位力率を維 持するように制御される。

ＰＷＭ発を機１００は、その初期的なロータ位１に従って、メイン・インバータ ４６に対するベース・ドライブ指令を生成させる。ロータ内で設定された磁界と ステータ電流との間の相互作用により、メイン発電機のロータの運動、従って、 軸２０の運動が生じる。速度の増大につれて、ライン１０２上での電圧指令が、 ブロック１０８において設定されたｖｏｌｔ／ｈｅｒｔｚ比率に応じて比例的に 増大して、デユーティ・サイクルの増大およびモータのスピード・アップが生じ る。これと同時に、ライン１０４上での整流角指令の制御は、ライン１２８上で の位置エラーおよびライン１２４上での速度エラーに従ってなされる。より詳細 にいえば、加速度基準値１１２が一定であることから、積分器１１４によって実 行される積分機能による時間にわたり、ライン１１６上での速度指令は線形的に 増大する。ライン１２０上での位置指令は。

積分器１１８による速度指令の積分に応じて増大する。

位置指令に応じてロータ位置の動作がなされ、速度指令に応じて速度が線形的に 増大する限り、ライン１０４上での整流角指令は一定の留まり、円滑な起動がな される。

ライン７０上での位置フィードバックにおけるいがなる不正確さでも、ライン７ ６上での速度フィードバックにおける対応の不正確さの原因となるものであり、 かくして、速度エラーおよび位置エラーの原因ともなるものである。その結果と して、ライン１０４上での整流角指令は、それに応じて変化する。また、エラー はエンジン・ドラッグ・トルクにおける変化からももたらされ得るものである。

これをより詳細にいえば、ドラッグ・トルクが変化するときには、これに次いで 軸２０の回転が妨害されて、速度および位置の双方のエラーの原因になり、その 結果として、整流角指令において対応の変化が生じる。

このようなエラーのいずれに対する補償でもするために、整流角の増減が特定の エラーに応じてなされる。より詳細にいえば、エンジン・ドラッグ・トルクが増 大するときには、ロータ位置と生成されたトルクとの閏の差を生じさせることに よってなされるような、付加的なモータ・トルクを生成させることが必要である ０位相の歩道として知られているように、より迅速にインバータ・スイッチを動 作させることにより、フィールドの生成がなされて、ロータのをリードをするよ うにされる０位相の歩道における変化は整流角の変化によって達成され、その結 果として、トルク角およびモータ電流にも同様な変化が生じる。これと同時に、 フィールド電流の制御は、励起インバータ制御部７８を用いてなされて、単位力 率の動作を維持するようにされる。

第６図を参照すると、この発明の代替的な実施例による、発電機／コンバータ制 御ユニット２２′の詳細なブロック図が例示されている。これをより詳細にいえ ば、ＧＣＣＵ２２’は、第５図に関して上述されたＧＣＣＵ２２とほぼ等しいも のであるが、付加的な制御要素が更に含まれている。これを更に詳細にいえば、 メイン・インバータ制御部７４″には、同期機器の状態およびモータ負荷に応じ て選択されるべく、ブースト電圧ｖ０を修正するための制御要素が更に含まれて いる。励起インバータ制御部７８゛は、モータ速度のフル・レンジにわたり、無 効電力の閉ループに対して、一定の動的特性を与えるようにする６ 簡単にするために、第５図において先に示したものと同様な要素については、同 様なプライム（゛）付きの参照数字が付されている。例えば、第６図におけるＰ ＷＭ発電機１００”は、第５図におけるＰＷＭ発電機１００とほぼ同様である。

従って、プライム（゛）付きの数字で参照されるこのような要素については、以 下では詳細には説明されない。

モータ１２のトルクおよび電流は、元来、速度がゼロまたはゼロ近傍のときの、 ブースト電圧の関数である。

該ブースト電圧は、機器のステータ電流がステータ巻線の抵抗で乗算されたもの に等しい、ステータ巻線の抵抗値は温度の間数であって、その周囲の温度に応じ て変動することができる。抵抗値のこのような変動は、エンジンの起動動作に対 して著しい影響を及ぼすものである。

ブースト電圧の構成が低温状態下での動作に対するものであるときには、エンジ ンが熱いときの再起動は厳しい過電流状態をもたらすことになる。これに対して 、ブースト電圧がエンジンが熱いときのために設定されているときには、低温状 態の間は、その起動を著しくスロー・ダウンすることができる。

メイン・インバータ制御部７４′における主要な差異は、加算器１３４°からの 出力がモード選択スイッチ２０２の入力２００に結合されていることである。該 スイッチ２０２からの第１の出力は、リミット・ファンクション１３６′の入力 として結合されている。第２の出力２０６は、加算器１１０゛に結合されたメモ リ・ユニット２０８に結合されている。メモリ・ユニット２０８およびモード選 択スイッチ２０２の双方は、ライン７６′上での速度信号を受け入れる速度比較 器２１０に従って動作される。より詳細にいえば、速度比較器２１０によって決 定されるものは、スイッチ２０２の位置およびメモリ・ユニット２０８の動作で ある。

例えば、２０ないし５０ｒｐ−のレンジの低速度においては、該速度比較器２１ ０のために、該スイッチ２０２をして入力２００と第２の出力２０６との接続を させる。従って、加算器１１０′に加えられたブースト電圧は、加算器１３４° からの出力を表している。このような速度においては、第２のスイッチ出力２０ ４が接続されていないために、リミット・ファンクション１３６゜に対する整流 角指令はゼロに等しい、この結果として、ロータの抵抗値の変化とともに変化す るように加速度を維持するために、該ブースト電圧は初期的に制御される。

ロータの速度が、該速度比較器２１０で予め選択・設定された最小速度を一旦越 えたときには、モード・スイ・ソチ２０２は入力２００を第１の出力２０４と結 合させて、整流角が加速度を維持するように制御され、また、メモリ・ユニット ２０８がブースト電圧の最終値を保持するようにされる。ここでの最終値はその 後で用いられ、エンジン起動の残りの動作のために、加算器１１０′に加えられ る。

かくして、メイン・インバータ７４“はエンジンの起動時に動作されるものであ り、ステータ巻線の抵抗値における任意の変動との相互作用のために、エンジン ・ドラッグ・トルクに応じてブースト電圧の選択をするようにされる。

エクサイタ１４のようなＡＣエクサイタは、■より大であるスリップで動作する 誘導機器である。速度がゼロであるときには、該スリップは１に等しい。最大の 動作速度においては、該スリップは２に等しい９周波数におけるこのような変動 のために、ＡＣエクサイタ１４の出力電圧が増大する。その結果として、ある所 与の一定のＡＣエクサイタ電流に対して、そのメイン・フィールド電流は速度の 増大につれて増大する。従って、閉ループ式の無効電力制御部のゲインは速度の 関数であることが望ましい。

励起インバータ制御部７８°が第５図における励起インバータ制御部７８とは異 なる主要なことは、補償ユニット１４４°と加算器１４６′との間に結合された ゲイン・スケジューラ２１２を含んでいることである。該ゲイン・スケジューラ ２１２は、速度信号コンバータ６８゛からの速度信号をライン７６′上で受け入 れる。このゲイン・スケジューラ２１２からは、実際のロータの速度に応じて、 補償速度１４４′の出力に対してゲインが加えられる。

かくして、励起インバータ制御ループについての適合制御部が設けられ、モータ 速度のフル・レンジにわたって、無効電力の閉ループの一定の動的な特性が付与 される。

この発明によれば、システムの実行能力における位置検出器についての影響があ る不正確さが、閉ループ式の加速度制御部を用いることによって減少される。

更に、この発明の加速度制御部によれば、同期モータの出力電力が、モータ負荷 に応じて、即ち、エンジン・ドラッグ・トルクに応じて変化することが許容され る。

より詳細にいえば、同期モータおよびコンバータにおけるロスはモータ電流の関 数であることから、所望されることは、モータ電流を低く維持しておき、該ドラ ッグ・トルクを克服することが必要であるときにのみ、該整流角指令を増大させ ることにより、該モータ電流を増大させることである。

では明らかであるように、適当な電気的または電子的回路、または、ソフトウェ アでプログラムされたユニットを用いて実施することができる。

かくして、この発明に広範に包含されているものは、一定加速度の制御部を用い てなる、ブラシレスＤＣ機器のための起動制御方式である。

０　■ 寸へ”（ 寸 −Ａ　／ 補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の７第１項）平成　２年　７月１１日

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. （１）ロータおよびステータ・コイルを有するステータを備えており、該ロータ に回転を与えるための正および負のＤＣ電圧を定めるＤＣ電源によって制御可能 に励起されるようにした、ブラシレス機器の超動制御方式であって； 前記ロータの回転位置を検知するための手段；該ＤＣ電源と前記ステータ・コイ ルとの間に結合されており、前記ロータの回転位置に応じて、正および負の電圧 を前記コイルに対して交番的に加えるための切り換え手段； 所望のロータの加速度レベルを表わす加速度基準信号を生成させるための手段； 実際のロータの加速度を表わすフィードバック信号を発生させるための手段；お よび、前記生成手段、前記発生手段および前記切り換え手段に結合されており、 前記所望のロータの加速度および前記実際のロータの加速度に応答し、該正およ び負の電圧が前記コイルに加えられるときの回転位置を修正して、前記ロータに 一定の加速度を生成させるための制御手段； を含んでなる、前記の超動制御方式。
2. （２）前記ロータの回転運動の速度を検知するための手段を更に含んでおり、該 ロータの速度に応じて、前記切り換え手段は該コイルに対して正および負の電圧 を交番的に加える時間長を変化させている、請求項１に記載の超勤制御方式。
3. （３）前記制御手段には、前記加速度基準信号と前記フィードバック信号とを比 較するための手段が含まれている、請求項１に記載の超動制御方式。
4. （４）前記ＤＣ機器にはフィールド・コイルが含まれており、前記起動制御方式 には該フィールド・コイルを制御可能に励起して単位力率動作を維持するための 手段が更に含まれている、請求項１に記載の起動制御方式。
5. （５）前記ロータの回転運動の速度を検知するための手段、および、該ロータの 速度に応じて該フィールド・コイルの励起を修正するための手段を更に含んでい る、請求項４に記載の起動制御方式。
6. （６）ロータおよびステータ・コイルを有するステータを備えており、該ロータ に回転を与えるための正および負のＤＣ電圧を定めるＤＣ電源によって制御可能 に励起されるようにした、ブラシレスＤＣ機器の一定加速度の起動制御方式であ って； 該ロークの該実際の回転位置を検知するための手段； 該ＤＣ電源と該ステータ・コイルとの間に結合されており、前記ロータの回転位 置に応じて、正および負の電圧を該コイルに対して交番的に加えるための切り換 え手段； 所望のロータの加速度を表わす加速度基準信号を生成させるための手段； 前記生成手段に結合されており、所望のロータの速度を表わすロータ速度の基準 値、および、所望のロータの位置を表わす位置の基準値を決定するための手段前 記ロータの回転速度を表わすロータ速度信号を発生させるための手段；および、 前記発生手段、前記決定手段、前記検知手段および前記切り換え手段に結合され ており、前記所望のロータ速度と実際のロータ速度との間の第１の差、および、 前記所望のロー位置と実際のロータ位置との間の第２の差に応答し、該正および 負の電圧が該コイルに加えられるときの回転位置を修正して、ほぼ一定加速度の 起動をさせるための制御手段； を含んでなる、前記の起動制御方式。
7. （７）前記発生手段および前記切り換え手段に結合されており、ロータ速度に応 じて、該コイルに対して正および負の電圧を交番的に加える時間長を変化させる ための手段が更に含まれている、請求項６に記載の起動制御方式。
8. （８）前記制御手段には、前記第１の差と前記第２の差とを加算するための手段 が含まれている、請求項６に記載の起動制御方式。
9. （９）前記決定手段には、前記加速度基準値を積分して前記速度基準値を得るた めの第１の手段、および、前記速度基準値を積分して前記位置基準値を得るため の第２の手段が含まれている、請求項６に記載の起動制御方式。
10. （１０）該ＤＣ機器にはフィールド・コイルが含まれており、前記起動制御方式 には該フィールド・コイルを制御可能に励起して単位力率動作を維持するための 手段が更に含まれている、請求項６に記載の起動制御方式。
11. （１１）該ＤＣ機器にはフィールド・コイルが含まれ、前記起動制御方式には、 該ステーク・コイルにおける無効電力を検知するための手段、および、前記検知 手段の結合されており、前記無効電力に応じて該フィールド・コイルを制御可能 に励起して単位力率動作を維持するための手段、が更に含まれている、請求項６ に記載の起動制御方式。
12. （１２）該ロータ速度に応じて該フィールド・コイルの励起を修正するための手 段が更に含まれている、請求項６に記載の起動制御方式。
13. （１３）前記変動手段を前記制御手段および前記発生手段と結合させて、前記所 望のロータ速度と実際のロータ速度との間の該第１の差、および、ある予め選択 された最小限のロータ速度を下回る速度における前記所望のロータ位置と前記実 際のロータ位置との間の前記第２の差に応じて、該コイルに対して正および負の 電圧を交番的に加える時間長を変動させるための手段が更に含まれている、請求 項７に記載の起動制御方式。
14. （１４）ロータおよびステータ・コイルを有するステータを備えており、該ロー タに回転を与えるための正および負のＤＣ電圧を定めるＤＣ電源によって制御可 能に励起されるようにした、ブラシレスＤＣ機器の起動制御方式であって： 前記ロータの該実際の回転位置を検知するための手段； 該ＤＣ電源と前記ステータ・コイルとの間に結合されており、前記ロータの回転 位置に応じて、正および負の電圧を前記コイルに対して交番的に加えるための切 り換え手段； 前記ロータの所望のロータの回転位置を表わすロータ位置基準信号を生成させる ための手段；および、前記生成手段、前記検知手段および前記切り換え手段に結 合されており、前記所望の回転位置および前記実際の回転位置に応答し、該正お よび負の電圧が前記コイルに加えられるときの回転位置を修正して、前記検知手 段における不正確さの影響を最小にするための制御手段； を含んでなる、前記の起動制御方式。
15. （１５）ロータおよびステータ・コイルを有するステータを備えており、該ロー タに回転を与えるための正および負のＤＣ電圧を定めるＤＣ電源によって制御可 能に励起されるようにした、ブラシレスＤＣ機器の起動制御方式であって； 前記ロータの該実際の回転位置を検知するための手段； 該ＤＣ電源と前記ステータ・コイルとの間に結合されており、前記ロータの回転 位置に応じて、正および負の電圧を前記コイルに対して交番的に加えるための切 り換え手段； 前記検知手段に結合されており、該ロータに加えられるトルクの変化を表わす基 準信号を生成させるための手段；および、 前記生成手段および前記切り換え手段に結合されており、該ロータに加えられた トルクにおける変化に応答して、該正および負の電圧が前記コイルに加えられる ときの回転位置を修正し、前記コイルを通る電流を制御するための制御手段； を含んでなる、前記の起動制御方式。